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Ministerio de Transportes y ComunicacionesDirección General de Caminos y Ferrocarriles
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El Plan Binacional de Desarro-llo de la Región Fronteriza Perú-Ecuador fue constituido por los gobiernos de Perú y del Ecuador, con el propósito de impulsar y canalizar esfuerzos orientados a promover el desarrollo y elevar el nivel de vida de sus respectivas poblaciones.
La infraestructura vial es uno de los principales soportes para el desarrollo del ámbito de la región fronteriza con el Ecuador, en es-pecial los caminos de bajo volu-men de tránsito que interconectan poblaciones rurales, muchas veces localizadas en zonas lejanas fron-terizas.
Por ello, ha sido muy grato para el Capítulo Perú del Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fron-teriza Perú - Ecuador colaborar con el Ministerio de Transportes y Comunicaciones en el objetivo de difundir normas para la con-servación, diseño y especifi cacio-nes técnicas para la construcción de carreteras de bajo volumen de tránsito y, en particular, apoyar en la publicación del “Manual de Di-seño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito”, con un fi nanciamiento fruto de una co-operación que le fue otorgada por la Corporación Andina de Fomento – CAF.
Consolidando la paz con desarrollo.
Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú-EcuadorCAPÍTULO PERÚ
MANUAL DE DISEÑO DE CARRETERASNO PAVIMENTADASDE BAJO VOLUMENDE TRÁNSITO
REPÚBLICA DEL PERÚ
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Consolidando la pazcon desarrollo
Plan Binacional / 2 do pqte / Manual Diseño No Paviment / OT 9076 / Lomo OK 1.3 cm 208 pp / medida 53.8 x23.5 cm
MANUAL PARA EL DISEÑO DE CARRETERAS NO PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO
Lima - Perú, marzo de 2008.
MANUAL PARA EL DISEÑO DE CARRETERAS NO PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO
CONTENIDO
Presentación .............................................................................. 11
Marco del manual
a) Introducción .............................................................................. 15
b) Objetivos .............................................................................. 15
c) Alcances del manual ........................................................................ 16
CAPÍTULO 1: FUNDAMENTOS DEL MANUAL
1.1 Clasificacióndecarreterasytiposdeobraconsideradosenel
manual .............................................................................. 21
1.2 Derecho de vía o faja de dominio ................................................... 22
CAPÍTULO 2: PARÁMETROS Y ELEMENTOS BÁSICOS DEL DISEÑO
2.1 Parámetrosbásicosparaeldiseño .................................................. 27
2.1.1 Metodologíaparaelestudiodelademandadetránsito ...... 27
2.1.1.1 Índice Medio Diario Anual de Tránsito (IMDA) ...... 27
2.1.1.2 Volumenycomposiciónoclasificacióndelos
vehículos ............................................................... 28
2.1.1.3 Variaciones horarias de la demanda ..................... 29
2.1.1.4 Variaciones diarias de la demanda ....................... 29
2.1.1.5 Variaciones estacionales (mensuales) .................. 29
2.1.1.6 Metodologíaparaestablecerelpesodelos vehículosdecarga,queesimportanteparael diseñodelospavimentos,pontonesypuentes .... 29 2.1.1.7 Información mínima necesaria .............................. 30
2.1.2 Lavelocidaddediseñoysurelaciónconelcostodela
carretera .............................................................................. 30
El marco del manual
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2.1.3 Laseccióntransversaldediseño ........................................ 31
2.1.4 Tiposdesuperficiederodadura ......................................... 32
2.2 Elementosdeldiseñogeométrico .................................................... 32
CAPÍTULO 3: DISEÑO GEOMÉTRICO
3.1 Distancia de visibilidad ..................................................................... 37
3.1.1 Visibilidaddeparada ........................................................... 37
3.1.2 Visibilidad de adelantamiento .............................................. 38
3.2 Alineamiento horizontal .................................................................... 39
3.2.1 Consideracionesparaelalineamientohorizontal ................ 39
3.2.2 Curvas horizontales ............................................................. 41
3.2.3 Curvas de transición ............................................................ 41
3.2.4 Distancia de visibilidad en curvas horizontales ................... 43
3.2.5 Curvascompuestas ............................................................. 43
3.2.4 Peralte de la carretera ........................................................ 44
3.2.5 Sobre ancho de la calzada en curvas horizontales ............. 53
3.3 Alineamiento vertical ........................................................................ 54
3.3.1 Consideracionesparaelalineamientovertical .................... 54
3.3.2 Curvas verticales ................................................................. 55
3.3.3 Pendiente............................................................................. 56
3.4 Coordinaciónentreeldiseñohorizontalydeldiseñovertical .......... 57
3.5 Sección transversal .......................................................................... 60
3.5.1 Calzada .............................................................................. 60
3.5.2 Bermas .............................................................................. 60
3.5.3 Anchodelaplataforma ....................................................... 61
3.5.4 Plazoletas ........................................................................... 61
3.5.5 Dimensionesenlospasosinferiores ................................... 61
3.5.6 Taludes .............................................................................. 62
3.5.7 Seccióntransversaltípica .................................................... 62
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
CAPÍTULO 4: HIDROLOGÍA Y DRENAJE
4.1 DrenajeSuperficial ........................................................................... 68
4.1.1 Consideraciones generales ................................................. 68
4.1.2 Hidrologíaycálculoshidráulicos ......................................... 73
4.1.3 Elementosfísicosdeldrenajesuperficial............................. 77
4.2 Drenaje Subterráneo ........................................................................ 93
4.2.1 Condiciones generales ........................................................ 93
4.2.2 Drenes subterráneos ........................................................... 94
4.2.2.1 La tubería .............................................................. 95
4.2.3 Relleno de zanjas ................................................................ 98
4.2.4 Cajasderegistroybuzones ................................................ 100
4.2.5 Investigación del agua freática ............................................ 102
4.2.6 Drenesdeintercepción ........................................................ 103
4.2.6.1 Objetoyclasificación ............................................ 103
4.2.6.2 Drenes longitudinales ........................................... 103
4.2.6.3 Drenes transversales ............................................ 104
4.2.7 Drenajedelpavimento ......................................................... 108
4.2.8 Casosespeciales................................................................. 108
4.2.8.1 Proteccióndelsuelodelaexplanación
contra el agua libre en terreno de elevado
nivelfreático,llanoysindesagüe ......................... 108
4.2.8.2 Proteccióndelsuelodeexplanaciónsituado
bajo la calzada contra los movimientos
capilaresdelagua ................................................. 109
4.2.8.3 Capadrenante ...................................................... 109
CAPÍTULO 5: GEOLOGÍA, SUELOS Y CAPAS DE REVESTIMIENTO GRANULAR
5.1 Geología........................................................................................... 113
5.2 Estabilidad de taludes ...................................................................... 114
5.3 Suelosycapasderevestimientogranular ....................................... 126
El marco del manual
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5.3.1Tráfico .................................................................................... 127
5.3.2 Subrasante ............................................................................. 130
5.4 Catálogoestructuraldesuperficiederodadura ............................... 139
5.5 Materialesypartidasespecíficasdelacapagranularderodadura . 145
5.5.1 Capadeafirmado ................................................................ 145
5.5.2 Macadam granular ............................................................... 150
5.5.3 Estabilizadores .................................................................... 155
5.5.3.1Capasuperficialdelafirmado ................................. 156
5.5.3.2Estabilizacióngranulométrica ................................. 157
5.5.3.3 Estabilización con cal ............................................. 158
5.5.3.4 Estabilización con cemento .................................... 160
5.5.3.5Imprimaciónreforzadabituminosa.......................... 162
5.5.4 Partidasespecíficasparalacapaderodadura ................... 167
5.6 Fuente de materiales - Canteras...................................................... 168
CAPÍTULO 6: TOPOGRAFÍA
6.1 Consideraciones generales del trazo ............................................... 173
6.2 Topografíaytrazado ........................................................................ 174
6.3 El trazo directo .............................................................................. 175
6.4 El trazado indirecto .......................................................................... 177
6.5 Sistema de unidades........................................................................ 177
6.6 Sistemas de referencia .................................................................... 178
6.7 Toleranciasenlaubicacióndepuntos ............................................. 179
6.8 Trabajostopográficos ....................................................................... 179
6.9 Geometría de la carretera ................................................................ 182
6.10 Geometría del alineamiento vertical................................................. 187
6.11 Alineamiento vertical ........................................................................ 188
6.12 Diseñoycómputodecurvasverticales............................................ 189
6.13 Coordinaciónentreeltrazoenplantayeltrazoenelevación ........ 191
6.14 Planosbásicosdelproyecto ............................................................ 191
6.15 Replanteo de una curva circular con PI accesible ........................... 195
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
CAPÍTULO 7: IMPACTO AMBIENTAL
7.1 Preservacióndelambienteymitigacióndelimpactocausado
porlostrabajosdeobrasvialesencarreterasdebajovolumen
de tránsito .............................................................................. 199
7.1.1 Introducción ......................................................................... 199
7.1.2 Objetivos .............................................................................. 199
7.2 Lassiguientesactividadespreliminaresdebenestarconsideradas
enelprogramadelestudiodelasobrasporejecutarsegún
correspondaaltamañoynaturalezadecadaproyectoespecífico. . 199
7.2.1 Identificacióndelascondicionesdebase ........................... 199
7.2.2 Programacióndeobrastemporalesydeacciones
sociales con la comunidad................................................... 200
7.2.3 Accionesnecesariasaconsiderarsegúneltamañoy
tipodeproyecto ................................................................... 200
7.2.4 Utilizaciónderecursosdelazonadelproyecto .................. 200
7.2.5 SeñalizacióndelDerechodeVía......................................... 201
7.2.6 IdentificacióndeInfraestructurayprediosaser
afectadosporelproyecto .................................................... 201
7.3 Actividadesdelproyectoquedebenserconsideradasenel
programadelestudiodelasobrasporejecutar,según
correspondaaltamañoynaturalezadecadaproyectoespecífico .. 201
7.3.1 Canteras de materiales........................................................ 201
7.3.2 Fuentes de agua .................................................................. 202
7.3.3 Estabilizaciónytratamientodetaludes ............................... 203
7.3.4 Depósitosparamaterialesexcedentesoriginadosporlaobra203
7.3.5 Tratamientoderesiduoslíquidosoriginadosporlaobra ..... 204
7.3.6 Tratamientoderesiduossólidosoriginadosporlaobra ...... 204
7.3.7 Campamentosypatiosdemaquinarias .............................. 205
7.3.8 Monitoreo ambiental ............................................................ 205
7.3.9 Costos de mitigación ........................................................... 205
El marco del manual
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El Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú-Ecuador fue cons-tituido por los gobiernos del Perú y del Ecuador, con el propósito de impulsar y canalizar esfuerzos orientados a promo-ver el desarrollo y elevar el nivel de vida de sus respectivas poblaciones.
La infraestructura vial es uno de los principales soportes para el desarrollo del ámbito de la región fronteriza con el Ecuador, en especial las carreteras de bajo volumen de tránsito que interconec-tan poblaciones rurales, muchas veces lo-calizadas en zonas lejanas fronterizas.
Por ello, ha sido muy grato para el Capítu-lo Perú del Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú – Ecuador colaborar con el Ministerio de Transportes y Comunicaciones en el objetivo de difun-dir normas para la conservación, diseño y especificaciones técnicas de carreteras de bajo volumen de tránsito y, en particular, apoyar en la publicación del “Manual para el Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Bolumen de Tránsito”, con un financiamiento fruto de una cooperación que le fue otorgada por la Corporación Andina de Fomento – CAF.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Presentación
Existe la necesidad de formular el Manual para el Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito, vías que conforman el mayor porcentaje del Sistema Nacional de Carreteras (SINAC), caracterizadas por tener una superficie de rodadura de material granular y son recorridas generalmente por un volumen menor de 50 vehículos por día y que muy pocas veces llegan hasta 200 vehículos por día. Por ello, se requiere proporcionar criterios técnicos, sólidos y coherentes de gran utilidad para el diseño de este tipo de carreteras.
Las entidades de la gestión vial contarán con un documento técnico desarrollado para su uso simple y masivo por la comunidad nacional a través de los estamentos políticos, sociales y técnicos, a fin de optimizar el uso de recursos adecuadamente.
El manual organiza y recopila las técnicas de diseño vial y pone al alcance del usuario tecnologías apropiadas que propician el uso intensivo de mano de obra y de recursos locales.
La normatividad vial es dinámica con los avances de la ingeniería vial, por lo que el Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC) acogerá e introducirá los reajustes, correcciones y actualizaciones debidamente justificadas para la vigencia del presente manual.
En ese sentido, el MTC ha elaborado el Manual para el Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito, cuya publicación es muy satisfactorio presentar.
La presente publicación es el producto de un esfuerzo conjunto del Ministerio de Transporte y Comunicaciones y el Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú – Ecuador.
Verónica Zavala LombardiMinistradeTransportesyComunicaciones
El marco del manual
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
EL MARCO DEL MANUAL
Fundamentos del manual
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
EL MARCO DEL MANUAL
a) Introducción
Dentrodesurolnormativoyfiscalizador,elMinisteriodeTransportesyComunica-cionesdelPerú(MTC)atravésdelaDirecciónGeneraldeCaminosyFerrocarriles,tienecomofunciónformularlasnormassobreelusoydesarrollodelainfraestruc-turadecarreterasyferrocarriles,asícomoemitirlosmanualesdediseñoyespeci-ficacionestécnicasparalaejecucióndelosproyectosviales.
En este contexto, elMTC ha elaborado elManual de Diseño deCarreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito, teniendo en consideración que estas carreterassondegranimportanciaeneldesarrollolocal,regionalynacional,porcuantoelmayorporcentajedelavialidadseencuentraenestacategoría.
Estanormaesdeaplicaciónobligatoriaporlasautoridadescompetentesentodoelterritorionacionalparalosproyectosdevialidaddeusopúblico,segúncorresponda.Porrazonesdeseguridadvial,todoslosproyectosvialesdecarácterprivadodebe-ránceñirsecomomínimoaestanorma.
ComplementariamenteelManualdeDiseñoGeométricodeCarreteras(DG-2001)delMTCrigeentodoaquello,aplicable,quenoesconsideradoenelManualparaelDiseñodeCarreterasNoPavimentadasdeBajoVolumendeTránsito.
b) Objetivos
Porlanaturalezadelmanual,requeridomayormenteenterritoriosconaccesolimi-tadoaaspectostecnológicosespecializados,sehanincorporadonormasdediseñodesuperficiederodadura,deestudiosdehidrologíaydrenaje,asícomoguíasparaeldiseñodeelementosdeprotecciónqueotorguenestabilidadalaplataformadelacarreterayasuestructuraderodadura.Deestamanerasebrindaalosusuariosdelmanual,unavisiónampliadelconjuntodetemastratadosydelaformafuncionalen que se integran.
Elobjetivodeestanormaesbrindara lacomunidad técnicanacionalunmanualdealcanceamplio,perodeusosimplequeproporcionecriteriostécnicossólidosycoherentesparaposibilitareldiseñoyconstruccióndecarreteraseficientes,optimi-zadasensucosto.DemaneraquelaslimitacioneseconómicasdelSectorPúblico,noseaunobstáculoinsalvableparalograrmejoraryampliarlareddecarreteras.
Paraesteefecto,enelmanualseponealalcancedelusuario,tecnologíasapropia-dasquepropicianelusodelosrecursoslocalesyelusointensivodelamanode
El marco del manual
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obray,enespecial,elcuidadodelosaspectosdeseguridadvialydepreservacióndel medio ambiente.
Losvaloresdediseñoqueseindicanenestevolumensonlosmínimosnormales,esdecir,representanellímiteinferiordetoleranciaeneldiseño.
Por lo tanto, lasespecificacionesdelmanual constituyenunanormadecaráctermandataria.Sinembargo,loscasosespecialesenlosqueexistalanecesidadin-salvablede reducirdeestosvalores,ademásdeuna justificación técnicaeconó-micaasícomodelasmedidaspaliativasparacompensarladisminucióndeestascaracterísticas, deberán tenerla autorización expresa delMTC o de la autoridadcompetentecorrespondiente.
c) Alcances del manual
Magnitud y Justificación de los Proyectos
Elhechodequeenestedocumentosepresentandeterminadoscriteriosparaeldi-señodecarreteras,noimplicanecesariamentequelascarreterasexistentesseaninsegurasodeconstruccióndeficiente,niobligaamodificarlos,nisepretendeim-ponerpolíticasqueobliguenalamodificacióndelosalineamientosodelaseccióntransversal de las carreteras de bajo volumen de tránsito.
Elelevadocostodeunareconstruccióntotaldeunacarretera,incluyendoajusteseneltrazado,generalmenteesinjustificable.Lasreferenciasdepérdidasdelpatrimo-niovialporcausasdelmalestadodelascarreterasylaexistenciadelugaresdondeocurren accidentes, son normalmente aisladas.
Frecuentementelascaracterísticasdediseñodelascarreterasexistentessecom-portandemodosatisfactorioysuficienteenlamayorpartedelarutaysólorequie-rendeobrasdemantenimientoperiódicooportuno.
Paraelloesnecesario,encadacaso,analizarelgradodeproblemaylacantidadderecursosquesejustificagastarparasuperarcualquierdeficiencia.Enestepro-ceso,setienennormalmentealternativasque,debidamenteevaluadas,permitiránseleccionarelproyectoóptimoaejecutar.Enesteanálisis,lamagnituddelademan-dadeusuariosdelacarreteraesmuyimportanteparapodervalorarlosbeneficiosquelacomunidadobtendráysurelaciónentreelmontodelosbeneficiosfrentealos costos de las obras.
Relación entre demanda y características de la carretera
Laaplicacióndeestemanualenrelaciónalosvolúmenesdelademandadeltrán-sito,seextiendehastaloslímitesquejustificaríanelcambiodesuperficiegranular
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
arodadurapavimentada.Ellímiterealesespecíficodecadacasoydependerádelacantidadytipodelosvehículos.Ypuedecalcularsemedianteunanálisistécnicoeconómicoencadacasoespecífico.
Elcuadro1sintetizalascaracterísticasdelasuperficiederodaduraquelaexperien-ciaperuanahadefinidocomolaprácticaadecuadaentérminostécnico-económico,paralascarreterasnopavimentadasdebajovolumendetránsito.
Actualización del manual
Sienlaaplicacióndeestanorma,losusuariosencuentranlanecesidaddeintro-ducirreajustesocorreccionesquepermitansuactualizaciónyperfeccionamiento,sinperjuiciodesuaplicaciónjustificadaenelcampodeformainmediata,deberánremitirlacorrespondientenotaamaneradepropuestayconladebidajustificacióndelcasoalaDireccióndeNormatividadVialdelMTCparaqueseatomadaencon-sideración.
Cuadro 1: Características básicas para la superficie de rodadura de las Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Carretera de Bvt Imd Proyectado Ancho de Calzada
(M)Estructuras y Superficie de Rodadura
Alternativas (**)
T3 101-200 2 carriles5.50-6.00
Afirmado (material granular, grava de tamaño máximo 5 cm homogenizado por zarandeado o por chancado) con superficie de rodadura adicional (min. 15 cm), estabilizada con finos ligantes u otros; perfilado y compactado
T2 51-100 2 carriles5.50-6.00
Afirmado (material granular natural, grava, seleccionada por zarandeo o por chancado (tamaño máximo 5 cm); perfilado y compactado, min. 15 cm.
T1 16-50 1 carril(*) o 2 carriles3.50-6.00
Afirmado (material granular natural, grava, seleccionada por zarandeo o por chancado (tamaño máximo 5 cm); perfilado y compactado, min. 15 cm.
T0 <15 1 carril(*)3.50-4.50
Afirmado (tierra) En lo posible mejorada con grava seleccionada por zarandeo, perfilado y compactado, min. 15 cm
Trocha carrozable IMD Indefinido 1 sendero(*)
Suelo natural (tierra) en lo posible mejorado con grava natural seleccionada; perfilado y compactado.
(*) Conplazoletasdecruce,adelantamientoovolteocada500–1000m;medianteregulacióndehorasodías,porsentidodeuso.
(**) Encasodenodisponergravasendistanciacercanalascarreteraspuedeserestabilizadomediantetécnicasdeestabilizaciónsuelo-cementoocaloproductosquímicosuotros.
Capítulo 1
FUNDAMENTOS DEL MANUAL
Fundamentos del manual
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
FUNDAMENTOS DEL MANUAL
1.1 Clasificación de carreteras y tipos de obra, considerados en el manual
Laspresentesespecificacionesseaplicanparaeldiseñodecarreterasconsuperfi-ciederodaduradematerialgranular,segúncorrespondanalaclasificaciónqueseestableceenelManualdeDiseñoGeométricoDG-2001delMTCdelPerú,comosigue:
1.1.1 Clasificación por su función
a) CarreterasdelaRedVialNacional.b) CarreterasdelaRedVialDepartamentaloRegional.c) Carreteras de la Red Vial Vecinal o Rural.
1.1.2 Clasificación por el tipo de relieve y clima
Carreterasen terrenosplanos,ondulados,accidentadosymuyaccidentados.Seubican indistintamente en la costa (poca lluvia), sierra (lluviamoderada) y selva(muylluviosa).
1.1.3 Tipo de obra por ejecutarse
Elmanualesdeaplicaciónparaeldiseñodeproyectosdecarreterasnopavimen-tadasdetierrayafirmadas.Paraobrasqueconfiguranlasiguienteclasificacióndetrabajos:
a) Mantenimiento rutinario. Conjunto de actividades que se realizan en las vías concarácterpermanenteparaconservarsusnivelesdeservicio.Estasacti-vidadespuedensermanualesomecánicasyestánreferidasprincipalmentealaboresdelimpieza,bacheo,perfilado,roce,eliminacióndederrumbesdepequeñamagnitud.
b) Mantenimientoperiódico.Conjuntodeactividadesprogramablescadaciertoperíodoqueserealizanenlasvíasparaconservarsusnivelesdeservicio.Estasactividadespuedensermanualesomecánicasyestánreferidasprin-cipalmentealaboresdedesencalaminado,perfilado,nivelación,reposicióndematerialgranular,asícomoreparaciónoreconstrucciónpuntualdelospuentesyobrasdearte.
Fundamentos del manual
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c) Rehabilitación. Ejecución de las obras necesarias para devolver a la vía,cuando menos, sus características originales, teniendo en cuenta su nuevo períododeservicio.
d) Mejoramiento. Ejecución de las obras necesarias para elevar el estándarde lavía,medianteactividadesque implican lamodificaciónsustancialdelageometríaylatransformacióndeunacarreteradetierraaunacarreteraafirmada.
e) Nuevaconstrucción.Ejecucióndeobrasdeunavíanuevaconcaracterísti-casgeométricasacordealasnormasdediseñoyconstrucciónvigentes.
1.2 Derecho de vía o faja de dominio
El Derecho de Vía es la faja de terreno de ancho variable dentro del cual se encuen-tracomprendidalacarretera,susobrascomplementarias,servicios,áreasprevis-tasparafuturasobrasdeensancheomejoramiento,yzonasdeseguridadparaelusuario.
DentrodelámbitodelDerechodeVía,seprohíbelacolocacióndepublicidadco-mercialexterior,enpreservacióndelaseguridadvialydelmedioambiente.
1.2.2 Dimensionamiento del ancho mínimo del derecho de vía para carreteras de bajo volumen de tránsito.
El anchomínimo debe considerar la clasificación funcional de la carretera, enconcordancia con las especificaciones establecidas por el Manual de DiseñoGeométrico deCarreterasDG-2001 delMTCdelPerú, que fijan las siguientesdimensiones:
Cuadro 1.2.1: Ancho del derecho de vía parA CBVT
descripción Ancho mínimo absoluto *
Carreteras de la Red Vial Nacional 15 m
Carreteras de la Red Vial Departamentales o Regional 15 m
Carreteras de la Red Vial Vecinal o Rural 15 m
* 7.50 m a cada lado del eje
Lafajadedominiodentrodelaqueseencuentralacarreteraysusobrascomple-mentarias,seextenderácomomínimo,paracarreterasdebajovolumendetránsito
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
un(1.00)metro,másalládelbordedeloscortes,delpiedelosterraplenesodelbordemásalejadodelasobrasdedrenajequeeventualmenteseconstruyan.
Ladistanciamínimaabsolutaentrepiedetaludesodeobrasdecontenciónyunelemento exterior será de 2.00 m. La mínima deseable será de 5.00 m
1.2.3 Faja de propiedad restringida
A cada lado del Derecho de Vía habrá una faja de propiedad restringida. Larestricciónimpideejecutarconstruccionespermanentesqueafectenlaseguridadolavisibilidadyquedificultenensanchesfuturosdelacarretera.LanormaDG-2001,fijaestazonarestringidaparacarreterasde3ra.claseendiez(10)metrosacadaladodelDerechodeVía.Demodosimilarparalascarreterasdebajovolumendetránsito el ancho de la zona restringida será de 10 m.
1.2.4 Procedimientos de adquisiciones de propiedad para el derecho de vía público por parte del estado
EláreadelDerechodeVíapasaapropiedadpúblicapordonacióndelpropietariooporadquisicióndelEstado,comopartedelagestiónquerealizalaautoridadcom-petenteenelcasodeunproyectovial.
LaLeyGeneraldeExpropiaciónN°27117,concordadaconlaLey27628,quefaci-lita la adquisición, vigentes a la fecha de la elaboración de este manual, regulan la formadeadquirirlapropiedadparaconstituirelDerechodeVíapúblico,necesarioparaqueloscarreteraspuedanserconstruidos.
1.2.4.1 Valuación
Laleyestablecelosprocedimientosyparámetrosdevaluacióndelosprediosquesonadquiridos,totaloparcialmente,porelEstado,segúnseanecesario.
1.2.4.2 Registro Nacional de la Propiedad
LasadquisicionesdeberánserinscritasenelRegistrodePropiedadcorrespondien-te, en concordancia con la legislación vigente.
1.2.4.3 Materialización del Derecho de Vía
EllímitedelDerechodeVíaserámarcadoporlaautoridadcompetente.
Fundamentos del manual
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1.2.5 Mantenimiento del derecho de vía
Lospresupuestosdeejecuciónydemantenimientode lasobrasviales, incluiránaccionesdeterminaciónylimpiezadelasáreaslateralesalaplataformadelaca-rretera,dentrodelderechodevíapúblico,quecomprenden,terrenosdependienteslaterales variadas.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Capítulo 2
PARÁMETROS Y ELEMENTOSBÁSICOS DEL DISEÑO
Fundamentos del manual
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
PARÁMETROS Y ELEMENTO BÁSICOS DEL DISEÑO
Eldiseñodeunacarretera respondeaunanecesidad justificadasocialyeconó-micamente.Ambosconceptossecorrelacionanparaestablecerlascaracterísticastécnicas y físicas que debe tener la carretera que se proyecta a fin de que losresultadosbuscadosseanóptimos,enbeneficiodelacomunidadquerequieredelservicio,normalmenteensituacióndelimitacionesmuyestrechasderecursosloca-lesynacionales.
2.1 Parámetros básicos para el diseño
Paraalcanzarelobjetivobuscadodebenevaluarseyseleccionarselossiguientesparámetrosquedefiniránlascaracterísticasdelproyecto.Segúnseexplicaaconti-nuación en el siguiente orden:
2.1.1 Estudio de la demanda.2.1.2 Lavelocidaddediseñoenrelaciónalcostodelacarretera.2.1.3 Laseccióntransversaldediseño.2.1.4 Eltipodesuperficiederodadura.
2.1.1 Metodología para el estudio de la demanda de tránsito
2.1.1.1 Índice Medio Diario Anual de Tránsito (IMDA)
Enlosestudiosdeltránsitosepuedetratardedossituaciones:elcasodelosestu-diosparacarreterasexistentes,yelcasoparacarreterasnuevas,esdecirquenoexisten actualmente.
Enelprimercaso,el tránsitoexistentepodráproyectarsemediante lossistemasconvencionales que se indican a continuación. El segundo caso requiere de un estudiodedesarrolloeconómicozonaloregionalquelojustifique.
Lacarreterasediseñaparaunvolumendetránsitoquesedeterminaporlademan-dadiariaquecubrirá,calculadocomoelnúmerodevehículospromedioqueutilizanlavíapordíaactualmenteyqueseincrementaconunatasadecrecimientoanual,normalmentedeterminadaporelMTCparalasdiversaszonasdelpaís.
Parámetros y elementos básicos del diseño
28
Cálculo de tasas de crecimiento y la proyección
Sepuedecalcularelcrecimientodetránsitoutilizandounafórmulasimple:
Tn = To (1+i)n-1
En la que:
Tn = Tránsitoproyectadoalaño“n”enveh/día.
To = Tránsitoactual(añobaseo)enveh/día.
n = Añosdelperíododediseño.
i = Tasaanualdecrecimientodel tránsitoquesedefineencorrelacióncon ladinámica de crecimiento socio-económico1(*)normalmenteentre2%y6%acriteriodelequipodelestudio.
Estastasaspuedenvariarsustancialmentesiexistieranproyectosdedesarrolloes-pecíficosporimplementarseconcertezaacortoplazoenlazonadelacarretera.
Laproyecciónpuedetambiéndividirseendospartes.Unaproyecciónparavehícu-losdepasajerosquecreceráaproximadamentealritmodelatasadecrecimientodelapoblación.Yunaproyeccióndevehículosdecargaquecreceráaproximada-mente con la tasa de crecimiento de la economía. Ambos datos sobre índices de crecimientonormalmenteobranenpoderdelaregión.
2.1.1.2 Volumen y composición o clasificación de los vehículos
i) Sedefinentramosdelproyectoenlosqueseestimaunademandahomogé-nea en cada uno de ellos.
ii) Seestableceunaestacióndeestudiooconteoenunpuntocentraldeltramo,enunlugarqueseconsidereseguroyconsuficienteseguridadsocial.
iii) Setomanotaenunacartilladelnúmeroytipodevehículosquecirculanenunayenlaotradirección,señalándoselahoraaproximadaenquepasóelvehículoporlaestación.
Seutilizaenel campounacartillapreviamenteelaborada,que faciliteel conteo,segúnlainformaciónqueserecopilaylashorasenqueserealizaelconteo.
Deestamanerase totalizan losconteosporhoras,porvolúmenes,porclasedevehículos,porsentidos,etc.
(*)Social:Tasaanualdecrecimientodelapoblacióneconómica:Tasaanualdecrecimientodelaeconomía(PBI)
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
2.1.1.3 Variaciones horarias de la demanda
De conformidad con los conteos, se establece las variaciones horarios de la de-mandaporsentidodetránsitoytambiéndelasumadeambossentidos.Tambiénsedetermina la hora de máxima demanda.
Serealizaránconteosparalas24horascorridas.Perosiseconocelahoradema-yordemanda,secontaráporunperíodomenor.
2.1.1.4 Variaciones diarias de la demanda
Si los conteos se realizanpor variosdías, sepuedenestablecer las variacionesrelativasdeltránsitodiario(totaldeldíaodelperíodomenorobservado)paralosdías de la semana.
2.1.1.5 Variaciones estacionales (mensuales)
Silainformaciónqueserecopilaeselaboradaenformademuestreosistemáticodurantedíasclavesalolargodelosmesesdelaño,seobtendráníndicesdeva-riaciónmensualquepermitanestablecerquehaymesesconmayordemandaqueotros. Ese sería el caso en zonas agrícolas durante los meses de cosecha.
Conlainformaciónobtenidamediantelosestudiosdescritosopreviamenteyaco-nocidaporestudiosanteriores,podráestablecerse,mediantelaproyeccióndeesademandaparaelperíododediseño,lasección(ancho)transversalnecesariadelacarreteraamejoraryloselementosdeldiseñodeestasección,comosonanchodelacalzadaydelasbermasdelacarretera.
2.1.1.6 Metodología para establecer el peso de los vehículos de carga, que es importante para el diseño de los pavimentos, pontones y puentes
Estosestudiosseconcentransóloenlosvehículospesadosquesonlosqueleha-cendañoalacarreteray,portanto,sonimportantesparadefinireldiseñodelospa-vimentos,delasuperficiederodaduraylaresistenciadelospontonesypuentes.
Peso vehicular y por eje de los vehículos pesados
Paraelcasodecarreterasdebajovolumendetránsito,enelcapítulo5sepresentalaguíaparaeldiseñodepavimentosconlametodologíaquepermiteestablecerelefectodestructivoquetendráeltránsitosobreelpavimentoycómodiseñarelpavi-mento, dándose alternativas en función de los materiales a utilizarse.
Parámetros y elementos básicos del diseño
30
2.1.1.7 Información mínima necesaria
Paraloscasosenquenosedisponedelainformaciónsobrelavariacióndiariayestacional(mensual)delademanda(engeneralesainformacióndebeserpropor-cionadaporlaautoridadcompetente),serequerirárealizarestudiosquepermitanlocalmenteestablecerlosvolúmenesycaracterísticasdeltránsitodiario,enporlomenostres(3)díastípicos,esdecir,normales,delaactividadlocal.
Paraesteefecto,nosecontaráeltránsitoendíasferiados,nacionalesopatronales,oendíasenquelacarreteraestuvieradañaday,enconsecuencia,interrumpida.
Deconformidadalaexperienciaanualdelaspersonasdelalocalidad,losconteoseinventariosdetránsitoengeneralpuedenrealizarseprescindiéndosedelashorasenquesetienenuloopocotránsito.Elestudiodebetomardíasqueenopinióngeneralreflejenrazonablementebienelvolumendelademandadiariaylacomposiciónoclasificacióndeltránsito.
Finalmente,elefectodestructivodelosvehículosdecarga,seráestimadosegúnlasespecificacionesmínimasindicadasenelcapítulosobrepavimentos.
2.1.2 La velocidad de diseño y su relación con el costo de la carretera
la velocidaddediseñoesmuy importanteparaestablecer lascaracterísticasdeltrazadoenplanta,elevaciónyseccióntransversaldelacarretera.
Definidalavelocidaddeldiseñoparalacirculacióndeltránsitoautomotor,sepro-cederáaldiseñodelejedelacarretera,siguiendoeltrazadoenplantacompuestopor tramos rectos (en tangente)ypor tramosdecurvascircularesyespirales.Ysimilarmentedeltrazadovertical,contramosenpendienterectasyconpendientescurvilíneas,normalmenteparabólicas.
Lavelocidaddediseñoestáigualmenterelacionadaconelanchodeloscarrilesdecirculacióny,porende,conlaseccióntransversalporadoptarse.
Lavelocidaddediseñoeslaqueestablecerálasexigenciasdedistanciasdevisi-bilidadenlacirculacióny,consecuentemente,delaseguridaddelosusuariosdelacarretera a lo largo del trazado.
Definición de la velocidad de diseño
Laseleccióndelavelocidaddediseñoseráunaconsecuenciadeunanálisistécni-co-económico de alternativas de trazado que deberán tener en cuenta la orografía delterritorio.Enterritoriosplanos,eltrazadopuedeaceptaraltasvelocidadesabajo
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
costodeconstrucción,peroenterritoriosmuyaccidentadosserámuycostosoman-tenerunavelocidadaltadediseño,porquehabríaquerealizarobrasmuycostosasparamanteneruntrazoseguro.Ellosolopodríajustificarsesilosvolúmenesdelademandadetránsitofueranmuyaltos.
En el particular caso de estemanual destinado al diseño de carreteras de bajovolumendeltránsito,esnaturalqueeldiseñoseadapteenloposiblealasinflexio-nesdelterrenoy,particularmente,lavelocidaddediseñodeberáserbastantebajacuando se trate de sectores o tramos de orografía más accidentada. Para efectos deesteManual,lavelocidadmáximadediseñoconsideradaesde60Km/h.Paravelocidadesmayoresaestas,adoptaránlosparámetrosestablecidosenelManualdeDiseñoGeométricodeCarreterasDG-2001oenelManualparaelDiseñodeCarreteras Pavimentas de Bajo Volumen de Tránsito.
Velocidad de circulación
Lavelocidaddecirculacióncorresponderáalanormaquesedicteparaseñalizarlacarreteraylimitarlavelocidadmáximaalaquedebecircularelusuario,queseindicarámediantelaseñalizacióncorrespondiente.
2.1.3 La sección transversal de diseño
Esteacápiteserefierealaseleccióndelasdimensionesquedebetenerlaseccióntransversal de la carretera, en las secciones rectas (tangente) y en los diversostramosalolargodelacarreteraproyectada.
Para dimensionar la sección transversal, se tendrá en cuenta que los carreteras de bajo volumen de tránsito, solo requerirán: a) Una calzada de circulación vehicular condoscarriles,unaparacadasentido;yb)Paralascarreterasdemenorvolumen,unsolocarrildecirculación,conplazoletasdecrucey/odevolteocadaciertadis-tancia,segúnseestipulamásadelante.
El ancho de la carretera, en la parte superior de la plataforma o corona, podrácontenerademásdelacalzada,unespaciolateralacadaladoparabermasyparalaubicacióndeguardavías,murosomuretesdeseguridad,señalesycunetasdedrenaje.
Laseccióntransversalresultanteserámásampliaenterritoriosplanosenconcor-danciaconlamayorvelocidaddeldiseño.Enterritoriosonduladosyaccidentados,tendráquerestringirselomáximoposibleparaevitarlosaltoscostosdeconstruc-ción,particularmentemásaltosenlostrazadosalolargodecañonesflanqueadosporfarallonesderocaodetaludesinestables.
Parámetros y elementos básicos del diseño
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2.1.4 Tipos de superficie de rodadura
EnesteManualdeDiseñoparaCarreterasNoPavimentadasdeBajoVolumendeTránsito, se ha considerado que básicamente se utilizarán los siguientes materiales ytiposdepavimentos:
• Carreterasdetierraycarreterasdegrava.
• Carreterasafirmadasconmaterialgranulary/oestabilizados.
Lametodologíadediseñodelassuperficiesderodadurasocalzadasdecirculaciónestádesarrolladaenelcapítulo5.
Esimportanteindicarqueloscriteriosmásimportantesafindeseleccionarlasu-perficiederodaduraparaunacarreteraafirmada,establecenqueamayortránsitopesado,medidoenejesequivalentesdestructivos,sejustificaráutilizarafirmadosdemayorrendimientoyqueelaltocostodelaconstruccióndebeimpulsarelusodematerialeslocalesparaabaratarlaobra,loqueenmuchoscasospodrájustificarelusodeafirmadosestabilizados.Tambiénesimportanteestablecerquelapresióndelasllantasdelosvehículos,debenmantenersebajolas80(psi)librasporpulg2 de presiónparaevitardañosgravesalaestructuradelosafirmados.
2.2 Elementos del diseño geométrico
Loselementosquedefinenlageometríadelacarreterason:
a) Lavelocidaddediseñoseleccionada.
b) La distancia de visibilidad necesaria.
c) Laestabilidaddelaplataformadelacarretera,delassuperficiesderodadu-ra,depuentes,deobrasdearteydelostaludes.
d) Lapreservacióndelmedioambiente.
En la aplicación de los requerimientos geométricos que imponen los elementosmencionados,setienecomoresultanteeldiseñofinaldeunproyectodecarreteraestableyprotegidacontralasinclemenciasdelclimaydeltránsito.
Paraesteefecto,estemanualincluyelamaneraenquedeberesolverselosaspec-tosdediseñodelaplataformadelacarretera;estabilidaddelacarreteraydelostaludesinestables;preservacióndelambiente;seguridadvial;ydiseñopropiamen-te, incluyendo los estudios básicos necesarios, tales como topografía, geología,suelos,canterasehidrología,quepermitendarsustentoalproyecto.
Paraelbuendiseñodeunacarreteradebajovolumendetránsitoseconsiderancla-veslassiguientesprácticas:
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
• Limitaralmínimo indispensableelanchode lacarreterapara restringirelárea alterada.
• Evitarlaalteracióndelospatronesnaturalesdedrenaje.
• Proporcionardrenajesuperficialadecuado.
• Evitarterrenosescarpadoscontaludesdemásde60%.
• Evitarproblemastalescomozonasinundadasoinestables.
• Mantenerunadistanciadeseparaciónadecuadaconlosriachuelosyoptimi-zarelnúmerodecrucesdecursosdeagua.
• Minimizar el número de contactos entre la carretera y las corrientes deagua.
• Diseñarloscrucesdequebradasyríosconlasuficientecapacidadyprotec-cióndelasmárgenescontralaerosión,permitiendo,deserelcaso,elpasodepecesentodaslasetapasdesuvida.
• Evitar la constriccióndel anchoactivode los riachuelos, ríos y cursosdeagua (ancho con el caudal máximo).
• Conseguirunasuperficiederodaduradelacarreteraestableyconmateria-les físicamente sanos.
• Instalar obras de subdrenaje donde se necesite, identificando los lugaresactivos durante la estación de lluvias.
• Reducirlaerosióncolocandocubiertasvegetalesofísicassobreelterrenoencortes,terraplenes,salidasdedrenajesycualquierzonaexpuestaaco-rrientes de agua.
• Usarángulosdetaludestablesencortesyrellenos.
• Usarmedidas de estabilización de taludes, de estructuras y de obras dedrenajeconformesenecesitenyseaeconómicamenteseleccionada.
• Aplicartécnicasespecialesalcruzarterrenosagrícolas,zonasribereñas,ycuando se tienen que controlar las quebradas.
• Proporcionarunmantenimientodebidamenteplaneadoyprogramado.
• Cerraroponerfueradeservicioalascarreterascuandonoseusenocuandoyanosenecesiten.
Diseño geométrico
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Capítulo 3
DISEÑO GEOMÉTRICO
Diseño geométrico
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
DISEÑO GEOMÉTRICO
3.1 Distancia de visibilidad
Distancia de visibilidad es la longitud continua hacia delante de la carretera que es visibleal conductordel vehículo.Endiseño, seconsideran tresdistancias: ladevisibilidadsuficienteparadetenerel vehículo; lanecesariaparaqueunvehículoadelanteaotroqueviajaavelocidad inferiorenelmismosentido;y ladistanciarequeridaparacruzaroingresaraunacarreterademayorimportancia.
3.1.1 Visibilidad de parada
Distanciadevisibilidaddeparadaeslalongitudmínimarequeridaparaquesede-tenga un vehículo que viaja a la velocidad directriz, antes de que alcance un objeto queseencuentraensutrayectoria.
Paraefectodeladeterminacióndelavisibilidaddeparadaseconsideraqueelobje-tivoinmóviltieneunaalturade0.60myquelosojosdelconductorseubicana1.10mporencimadelarasantedelacarretera.
Cuadro 3.1.1: Distancia de visibilidad de parada (metros)
velocidad directriz (Km./h)
Pendiente nula o en bajada Pendiente en subida
0% 3% 6% 9% 3% 6% 9%
20 20 20 20 20 19 18 18
30 35 35 35 35 31 30 29
40 50 50 50 53 45 44 43
50 65 66 70 74 61 59 58
60 85 87 92 97 80 77 75
Lapendienteejerceinfluenciasobreladistanciadeparada.Estainfluenciatieneimportancia práctica para valores de la pendiente de subida o bajada iguales omayoresa6%.
Entodoslospuntosdeunacarretera,ladistanciadevisibilidadseráigualosuperioraladistanciadevisibilidaddeparada.Enelcuadro3.1.1semuestranlasdistan-ciasdevisibilidaddeparada,enfuncióndelavelocidaddirectrizydelapendiente.Encarreterasdemuybajovolumendetránsito,deunsolocarrily tráficoendos
Diseño geométrico
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direcciones,ladistanciadevisibilidaddeberáserporlomenosdosveceslacorres-pondenciaalavisibilidaddeparada.
Paraelcasodeladistanciadevisibilidaddecruce,seaplicaránlosmismoscriteriosquelosdevisibilidaddeparada.
3.1.2 Visibilidad de adelantamiento
Distanciadevisibilidaddeadelantamiento(paso)eslamínimadistanciaquedebeservisibleparafacultaralconductordelvehículoasobrepasaraotroqueviajaavelocidad15km/hmenor,concomodidadyseguridad,sincausaralteraciónenlavelocidad de un tercer vehículo que viaja en sentido contrario a la velocidad directriz yquesehacevisiblecuandosehainiciadolamaniobradesobrepaso.
Para efecto de la determinación de la distancia de visibilidad de adelantamiento, se consideraquelaalturadelvehículoqueviajaensentidocontrarioesde1.10myque la del ojo del conductor del vehículo que realiza la maniobra de adelantamiento es 1.10 m.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Lavisibilidaddeadelantamientodebeasegurarsepara lamayor longitudposibledelacarreteracuandonoexistenimpedimentosimpuestosporelterrenoyquesereflejan,porlotanto,enelcostodeconstrucción.
Ladistanciade visibilidaddeadelantamientoaadoptarse varía con la velocidaddirectriz tal como se muestra en el cuadro 3.1.2.
Cuadro 3.1.2: Distancia de visibilidad de adelantamiento
velocidad directriz Km./h distancia de visibilidad de adelantamiento (m)
30 200
40 270
50 345
60 410
3.2 Alineamiento horizontal
3.2.1 Consideraciones para el alineamiento horizontal
Elalineamientohorizontaldeberápermitirlacirculaciónininterrumpidadelosvehí-culos,tratandodeconservarlamismavelocidaddirectrizenlamayorlongituddecarreteraqueseaposible.
El alineamiento carretero se hará tan directo como sea conveniente adecuándose a lascondicionesdelrelieveyminimizandodentrodelorazonableelnúmerodecam-biosdedirección.Eltrazadoenplantadeuntramocarreteroestácompuestodelaadecuadasucesiónderectas(tangentes),curvascircularesycurvasdetransición.
En general, el relieve del terreno es el elemento de control del radio de las curvas horizontalesyeldelavelocidaddirectriz.Lavelocidaddirectriz,asuvez,controlala distancia de visibilidad.
Los radios mínimos, calculados bajo el criterio de seguridad ante el deslizamiento transversal del vehículo, están dados en función a la velocidad directriz, a la fricción transversalyalperaltemáximoaceptable.
Enelalineamientohorizontaldesarrolladoparaunavelocidaddirectrizdeterminada,debeevitarseelempleodecurvasconradiomínimo.Engeneral,setratarádeusarcurvasderadioamplioreservándoseelempleoderadiosmínimosparalascondi-ciones más críticas.
Diseño geométrico
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Deberá buscarse un alineamiento horizontal homogéneo, en el cual tangentes ycurvassesucedenarmónicamente.Serestringirá,enloposible,elempleodetan-gentesexcesivamentelargasconelfindeevitarelencandilamientonocturnopro-longadoylafatigadelosconductoresduranteeldía.
Al término de tangentes largas donde esmuy probable que las velocidades deaproximacióndelosvehículosseanmayoresquelavelocidaddirectriz,lascurvashorizontalestendránradiosdecurvaturarazonablementeamplios.
Se evitará pasar bruscamente de una zona de curvas de grandes radios a otrademarcadamentemenores.Deberápasarseenformagradual,intercalandoentreunazonayotra,curvasderadiodevalordecreciente,antesdealcanzarelradiomínimo.
Los cambios repentinos en la velocidad de diseño a lo largo de una carreteraserán evitados. Estos cambios se efectuarán en decrementos o incrementos de 15km/h.
Noserequierecurvahorizontalparapequeñosángulosdedeflexión.Enelcuadro3.2.1semuestranlosángulosdeinflexiónmáximosparaloscualesnoesrequeridala curva horizontal.
Cuadro 3.2.1: Ángulos de deflexión máximos para los que no se requiere curva horizontal
velocidad directriz Km./h
deflexión máxima aceptable sin curva circular
30 2º 30’
40 2º 15’
50 1º 50’
60 1º 30
Paraevitar laaparienciadealineamientoquebradoo irregular,esdeseableque,paraángulosdedeflexiónmayoresalosindicadosenelcuadro3.2.1,lalongituddelacurvaseaporlomenosde150m.Silavelocidaddirectrizesmenora50km/hyelángulodedeflexiónesmayorque5º, se considera como longitud de curva mínima deseada la longitudobtenida con la siguienteexpresiónL=3V (L= longituddecurvaenmetrosyV=velocidadenkm/hora).Espreferiblenodiseñarlongitudesdecurvashorizontalesmayoresa800metros.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Se evitará, en lo posible, los desarrollos artificiales.Cuando las condiciones delrelievedelterrenohaganindispensablesuempleo,elproyectistaharáunajustifica-cióndeello.Lasramasdelosdesarrollostendránlamáximalongitudposibleylamáximapendienteadmisible,evitandolasuperposicióndevariasdeellassobrelamismaladera.Alproyectarunaseccióndecarreteraendesarrollo,será,probable-mente, necesario reducir la velocidad directriz.
Lascurvashorizontalespermitirán,cuandomenos,lavisibilidadigualaladistanciadeparadasegúnsemuestraenelcuadro3.1.1.
Debenevitarselosalineamientosreversosabruptos.Estoscambiosdedirecciónenelalineamientohacenqueseadifícilparalosconductoresmantenerseensucarril.
Tambiénesdifícilperaltaradecuadamentelascurvas.Ladistanciaentredoscurvasreversasdeberáser,porlomenos,lanecesariaparaeldesarrollodelastransicio-nesdeperalte.
Nosondeseablesdoscurvassucesivasdelmismosentidocuandoentreellasexisteuntramocortoentangente.En loposible,sesustituiránporunasolacurvaoseintercalaráunatransiciónenespiraldotadadeperalte.
Elalineamientoenplantasatisfacerálascondicionesnecesariasdevisibilidaddeadelantamientoentramossuficientementelargosyconunafrecuenciarazonableafindedaroportunidadaqueunvehículoadelanteaotro.
3.2.2 Curvas horizontales
El mínimo radio de curvatura es un valor límite que está dado en función del va-lormáximodelperalteydelfactormáximodefricciónparaunavelocidaddirectrizdeterminada.Enelcuadro3.2.6.1bsemuestranlosradiosmínimosylosperaltesmáximoselegiblesparacadavelocidaddirectriz.
Enelalineamientohorizontaldeuntramocarreterodiseñadoparaunavelocidaddirectriz, un radiomínimo y unperaltemáximo, comoparámetros básicos, debeevitarseelempleodecurvasderadiomínimo.Engeneral,setratarádeusarcurvasderadioamplio,reservandoelempleoderadiosmínimosparalascondicionesmáscríticas.
3.2.3 Curvas de transición
Todo vehículo automotor sigue un recorrido de transición al entrar o salir de una curvahorizontal.Elcambiodedirecciónylaconsecuentegananciaopérdidadelasfuerzaslateralesnopuedentenerefectoinstantáneamente.
Diseño geométrico
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Conelfindepasarde laseccióntransversalconbombeo,correspondientea lostramosentangentealaseccióndelostramosencurvaprovistosdeperalteyso-breancho,esnecesario intercalarunelementodediseñoconuna longituden laque se realice el cambio gradual, a la que se conoce con el nombre de longitud de transición.
Cuandoel radiode lascurvashorizontalessea inferioralseñaladoenelcuadro3.2.3a, se usarán curvas de transición. Cuando se usen curvas de transición, se re-
comiendaelempleodeespiralesqueseaproximenalacurvadeEuleroClotoide.
Cuadro 3.2.3.a: Necesidad de curvas de transición
velocidad directrizKm./h
Radiom
20 2430 5540 9550 15060 210
Cuando se use curva de transición, la longitud de la curva de transición no será menor que LminnimayorqueLmax,segúnlassiguientesexpresiones:
L min. =0.0178 V3
R
L máx. = (24R)0.5
R = Radio de la curvatura circular horizontal.
L min. = Longitud mínima de la curva de transición.
L máx. = Longitud máxima de la curva de transición en metros.
V =VelocidaddirectrizenKm./h.
La longitud deseable de la curva de transición, en función del radio de la curva cir-cular,sepresentaenelcuadro3.2.2b.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Cuadro 3.2.3.B: Longitud Deseable de la Curva Transición
Radio de curva circular (m) Longitud deseable de la curva transición (m)
20 11
30 17
40 22
50 28
60 33
3.2.4 Distancia de visibilidad en curvas horizontales
La distancia de visibilidad en el interior de las curvas horizontales es un elemento deldiseñodelalineamientohorizontal.
Cuandohayobstruccionesalavisibilidadenelladointernodeunacurvahorizontal(tales como taludes de corte, paredes o barreras longitudinales), se requiere unajusteeneldiseñodelaseccióntransversalnormaloenelalineamiento,cuandolaobstrucciónnopuedeserremovida.
Demodogeneral,eneldiseñodeunacurvahorizontal,lalíneadevisibilidadserá,porlomenos,igualaladistanciadeparadacorrespondienteysemidealolargodelejecentral del carril interior de la curva.
El mínimo ancho que deberá quedar libre de obstrucciones a la visibilidad, será calculadoporlaexpresiónsiguiente:
M = Ordenada media o ancho mínimo libre.
R = Radio de la curva horizontal.
S = Distancia de visibilidad.
3.2.5 Curvas compuestas
Engeneral,seevitaráelempleodecurvascompuestas,tratandodereemplazarlasporunasolacurva.
Encasosexcepcionalespodránusarsecurvascompuestasocurvaspolicéntricas
M = R 1– Cos 28.65SR
Diseño geométrico
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detrescentros.Entalcaso,elradiodeunanoserámayorque1.5veceselradiode la otra.
3.2.6 Peralte de la carretera
Sedenominaperaltealasobreelevacióndelaparteexteriordeuntramodelaca-rreteraencurvaconrelaciónalaparteinteriordelmismoconelfindecontrarrestarlaaccióndelafuerzacentrífuga.Lascurvashorizontalesdebenserperaltadas.
Elperaltemáximotendrácomovalormáximonormal8%ycomovalorexcepcional10%.Encarreterasafirmadasbiendrenadasencasosextremos,podríajustificarseunperaltemáximoalrededorde12%.
El mínimo radio (Rmin) de curvatura es un valor límite que está dado en función del valormáximodelperalte(emax)yelfactormáximodefricción(fmax ) seleccionados paraunavelocidaddirectriz(V).Elvalordelradiomínimopuedesercalculadoporlaexpresión:
Rmin =V2
127 (0.01 emax + fmax)
Losvaloresmáximosdelafricciónlateralaemplearsesonlosqueseseñalanenelcuadro 3.2.6.1a.
Cuadro 3.2.6.1.a: Fricción transversal máxima en curvas
velocidad directrizKm./h
fmáx
20 0.18
30 0.17
40 0.17
20 0.16
60 0.15
Enelcuadro3.2.6.1bsemuestranlosvaloresderadiosmínimosyperaltesmáxi-moselegiblesparacadavelocidaddirectriz.Enestemismocuadrosemuestranlosvalores de la fricción transversal máxima.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Cuadro 3.2.6.1b: Radios mínimos y peraltes máximos
velocidad directriz(km/h)
Peralte máximoe (%)
valor límite defricción
fmax
Calculadoradio mínimo
(m)
Redondeoradio mínimo
(m)
2030405060
4.04.04.04.04.0
0.180.170.170.160.15
14.333.760.098.4
149.1
153560
100150
2030405060
6.06.06.06.06.0
0.180.170.170.160.15
13.130.854.789.4
134.9
15305590
135
2030405060
8.08.08.08.08.0
0.180.170.170.160.15
12.128.350.482.0
123.2
10305080
125
2030405060
10.010.010.010.010.0
0.180.170.170.160.15
11.226.246.675.7113.3
10254575115
2030405060
12.012.012.012.012.0
0.180.170.170.160.15
10.524.443.470.3
104.9
10254570
105
EncarreterascuyoIMDAdediseñoseainferiora200vehículospordíaylavelocidaddirectrizigualomenora30km/h,elperaltedetodaslascurvaspodráserigualal2.5%
La variación de la inclinación de la sección transversal desde la sección con bom-beonormaleneltramorectohastalasecciónconelperaltepleno,sedesarrollaenuna longitud de vía denominada transición. La longitud de transición del bombeo en aquella en la que gradualmente, se desvanece el bombeo adverso. Se denomina longitudde transicióndeperalteaaquella longituden laque la inclinaciónde la
Diseño geométrico
46
seccióngradualmentevaríadesdeelpuntoenquesehadesvanecidototalmenteelbombeoadversohastaquelainclinacióncorrespondealadelperalte.
En el cuadro 3.2.6.1c se muestran las longitudes mínimas de transición de bombeo ydetransiciónperalteenfuncióndevelocidaddirectrizydelvalordelperalte.
Cuadro 3.2.6.1.c: Longitudes mínimas de transición de bombeo y transición de peralte (m)
velocidad directriz (Km./h)
valor del peraltetransición de
bombeo2% 4% 6% 8% 10% 12%
Longitud de transición de peralte (M)*
20 9 18 27 36 45 54 930 10 19 29 38 48 57 1040 10 21 31 41 51 62 1050 11 22 32 43 54 65 1160 12 24 36 48 60 72 12
* Longitud de transición basada en la rotación de un carril.
Elgirodelperaltesehará,engeneral,alrededordelejedelacalzada.Enloscasosespeciales,como,porejemplo,enterrenomuyllano,puederealizarseelgiroalre-dedor del borde interior cuando se desea resaltar la curva.
Enloscuadros3.2.6.1d1,3.2.6.1d2,3.2.6.1d3,3.2.6.1d4y3.2.6.1d5,seindicanlosvaloresdelosperaltesrequeridosysuscorrespondienteslongitudesdetransi-ciónparacadavelocidaddirectrizenfuncióndelosradiosadoptados.
Paraloscasosenquesehayaprevistoelempleodecurvasespiralesdetransición,severificaráquelalongituddeestascurvasespiralespermitalavariacióndelperal-teenloslímitesindicados,esdecir,quelalongitudresultemayoroigualalaqueseindicaenloscuadros3.2.6.1d1,3.2.6.1d2,3.2.6.1d3,3.2.6.1d4y3.2.6.1d5.
47
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Cuadro 3.2.6.1.d1: Valores de peralte y longitud de transición de peralteperalte máximo = 4%
R (m)v=20km/h v=30km/h v=40km/h v=50km/h v=60 km/h
(%) (m) (%) L(m) (%) L(m) (%) L(m) (%) L(m)70005000300025002000150014001300120010009008007006005004003002502001751501401301201101009080706050403020
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBHBHBHBHBHBH2.12.22.42.52.62.83.03.33.8
00000000000000000000999999
1011111213141517
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBH2.32.42.52.52.62.72.82.93.03.23.33.53.73.9
0000000000000000
BH101112121212131314141516171819
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBHBH2.12.42.62.82.93.13.23.33.43.53.63.73.83.94.0
0000000000000
1010111213141515161717181919202021
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBHBHBH2.12.32.52.83.03.33.53.73.83.83.94.04.0
000000000011111112131416171819202121222222
BNBNBNBNBNBNBHBHBHBHBH2.12.32.52.73.03.33.63.83.94.0
00000000
12121213141516182022232324
Rmin= 150
Rmin= 100
e =peralte %R =radioV =velocidadBN= Sección con bombeo normalBH = Sección con bombeo adverso horizontalizadoL = Longitud de transición de peralteemax = 4%
Rmin= 60
Rmin= 35
Rmin = 15
Diseño geométrico
48
Cuadro 3.2.6.1.d2: Valores de peralte y longitud de transición de peralteperalte máximo = 6%
R (m)v=20km/h v=30km/h v=40km/h v=50km/h v=60 km/h
(%) L(m) (%) L(m) (%) L(m) (%) L(m) (%) L(m)70005000300025002000150014001300120010009008007006005004003002502001751501401301201101009080706050403020
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBHBH2.12.22.42.62.73.03.23.53.84.24.75.5
00000000000000000009999
1011111214141517192125
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBH2.32.8
3.03.33.53.63.83.94.14.24.54.75.05.45.86.0
000000000000000
101011131416171718192020222324262829
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBHRC2.12.53.13.53.94.14.44.54.64.85.05.25.45.55.86.0
000000000000
101011131516182021232425262728293031
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBHRCRC2.12.42.83.33.94.24.75.05.35.45.55.75.86.06.0
000000000111111121316182223262829303132323333
BNBNBNBNBNBNBHRCRC2.12.32.52.83.13.64.04.65
5.55.86.06.0
000000
12121213141517192124283033353636
Rmin= 135
Rmin= 90
Rmin= 55 e =peralte %R =radioV =velocidadBN= Sección con bombeo normalBH = Sección con bombeo adverso horizontalizadoL = Longitud de transición de peralteemax = 6%
Rmin= 30Rmin = 15
49
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Cuadro 3.2.6.1.d3: Valores de peralte y longitud de transición de peralteperalte máximo = 8%
R (m)v=20km/h v=30km/h v=40km/h v=50km/h v=60 km/h
(%) L(m) (%) L(m) (%) L(m) (%) L(m) (%) L(m)70005000300025002000150014001300120010009008007006005004003002502001751501401301201101009080706050403020
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBHBH2.22.32.52.73.03.33.64.14.65.25.97.1
0000000000000000000999
101011121415161821232732
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBH2.12.5
3.03.43.84.04.24.44.75.05.25.55.96.46.97.58.0
000000000000000
101012141618192021232425262831333638
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBH2.22.73.44.04.65.05.45.55.86.06.36.66.97.27.67.88.0
000000000000
10101114172124252629303132343537394041
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBHBH2.22.83.03.84.55.15.86.26.76.97.17.47.67.87.98.0
00000000011111112141720252832343738394142434444
BNBNBNBNBNBNBHBHBH2.22.42.73.03.43.94.75.66.27.07.47.87.98.0
000000
1212121314161820232834374244474748
Rmin= 125
Rmin= 80
e =peralte %R =radioV =velocidadBN= Sección con bombeo normalBH = Sección con bombeo adverso horizontalizadoL = Longitud de transición de peralteemax = 8%
Rmin= 45
Rmin= 30Rmin = 10
Diseño geométrico
50
Cuadro 3.2.6.1.d4: Valores de peralte y longitud de transición de peralteperalte máximo = 10%
R (m)v=20 km/h v=30 km/h v=40 km/h v=50 km/h v=60 km/h
(%) L(m) (%) L(m) (%) L(m) (%) L(m) (%) L(m)70005000300025002000150014001300120010009008007006005004003002502001751501401301201101009080706050403020
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBH2.12.22.42.62.83.13.43.84.45.05.97.08.5
0000000000000000000999
101112131415172023273138
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBH2.22.63.13.54.04.34.54.85.15.55.96.46.97.58.29.19.9
000000000000000
101112151719212223242628313336394448
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBH2.32.83.54.25.05.66.26.46.77.07.47.78.28.89.19.6
10.0
000000000000
10101214192226293233343638404244474951
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBHBH2.32.73.13.84.65.66.57.17.88.18.58.89.19.59.8
10.0
00000000011111213151721273137394345474950535455
BNBNBNBNBNBNBHBHBH2.22.62.73.13.64.25.05.37.18.28.89.49.79.8
10.0
000000
121212131516192225303843495356585960
Rmin = 115
Rmin = 75
Rmin = 45 e =peralte %R =radioV =velocidadBN= Sección con bombeo normalBH = Sección con bombeo adverso horizontalizadoL = Longitud de transición de peralteemax = 10%
Rmin = 25
Rmin = 10
51
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Cuadro 3.2.6.1.d5: Valores de peralte y longitud de transición de peralteperalte máximo = 12%
R (m)v=20 km/h v=30 km/h v=40 km/h v=50 km/h v=60 km/h
(%) L(%) (%) L(m) (%) L(m) (%) L(m) (%) L(m)
70005000300025002000150014001300120010009008007006005004003002502001751501401301201101009080706050403020
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBH2.12.32.52.72.83.23.54.04.65.36.37.79.7
0000000000000000000999
101112131416182124283544
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBH2.22.63.23.64.24.44.75.15.45.96.46.97.66.49.3
10.411.5
000000000000000
101112151720212324262831333640455056
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBH2.42.93.84.46.36.96.77.07.47.88.28.79.39.9
10.511.211.8
000000000000
10101215202327303438394042454851545861
BNBNBNBNBNBNBNBNBNBHBH2.12.42.73.23.95.16.97.17.88.79.19.5
10.010.511.011.411.812.0
0000000001111121315182228333943485053555861636566
BNBNBNBNBNBNBHBHBH2.32.52.83.23.34.35.36.77.79.1
10.010.911.211.511.812.0
000000
12121214151719222662404655606567597172
Rmin = 105
Rmin = 70
e =peralte %R =radioV =velocidadBN= Sección con bombeo normalBH = Sección con bombeo adverso horizontalizadoL = Longitud de transición de peralteemax = 12%
Rmin = 45Rmin = 25
Rmin = 10
Diseño geométrico
52
Cua
dro
3.2.
7: S
obre
anc
ho d
e la
cal
zada
en
curv
as c
ircul
ares
(m)
(Cal
zada
de
dos
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iles
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ircul
ació
n)
velo
cida
d di
rect
riz
km/h
Radi
o de
cur
va (m
)
1015
2030
4050
6080
100
125
150
200
300
400
500
750
1000
20*
6.52
4.73
3.13
2.37
1.92
1.62
1.24
1.01
0.83
0.70
0.55
0.39
0.30
0.25
0.18
0.14
304.9
53.3
12.5
32.0
61.7
41.3
51.1
10.9
20.7
90.6
20.4
40.3
50.3
00.2
20.1
8
402.6
82.2
01.8
71.4
61.2
11.0
10.8
70.6
90.5
00.4
00.3
40.2
50.2
1
501.5
71.3
11.1
00.9
50.7
60.5
60.4
50.3
90.2
90.2
4
601.4
11.1
91.0
30.8
30.6
20.5
00.4
30.3
30.2
7
53
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
3.2.7 Sobre ancho de la calzada en curvas circulares
Lacalzadaaumentasuanchoenlascurvasparaconseguircondicionesdeopera-ciónvehicularcomparablealadelastangentes.
Enlascurvas,elvehículodediseñoocupaunmayoranchoqueenlostramosrec-tos. Asimismo, a los conductores les resulta más difícil mantener el vehículo en el centro del carril.
En el cuadro 3.2.7 se presentan los sobre anchos requeridos para calzadas dedoble carril.
Paravelocidadesdediseñomenoresa50Km/hnoserequerirásobreanchocuan-doel radiodecurvaturaseamayora500m.Tampocoserequerirásobreanchocuandolasvelocidadesdediseñoesténcomprendidasentre50y60Km/hyelradiodecurvaturaseamayora800m.
Diseño geométrico
54
3.3 Alineamiento vertical
3.3.1 Consideraciones para el alineamiento vertical
Eneldiseñovertical,elperfillongitudinalconformalarasante,lamismaqueestáconstituidaporunaseriederectasenlazadasporarcosverticalesparabólicosaloscuales dichas rectas son tangentes.
Parafinesdeproyecto,elsentidodelaspendientessedefinesegúnelavancedelkilometraje,siendopositivasaquellasqueimplicanunaumentodecotaynegativaslasqueproducenunapérdidadecota.
Lascurvasverticalesentredospendientessucesivaspermitenconformarunatran-siciónentre pendientes dedistintamagnitud, eliminandoel quiebre bruscode larasante.Eldiseñodeestascurvasasegurarádistanciasdevisibilidadadecuadas.
Elsistemadecotasdelproyectosereferiráenloposiblealnivelmediodelmar,paralocualseenlazaránlospuntosdereferenciadelestudioconlosB.M.denivelacióndelInstitutoGeográficoNacional.
Aefectosdedefinirelperfillongitudinal,seconsideraráncomomuyimportanteslascaracterísticasfuncionalesdeseguridadycomodidadquesederivendelavisibili-daddisponible,deladeseableausenciadepérdidasdetrazadoydeunatransicióngradualcontinuaentretramosconpendientesdiferentes.
Paraladefinicióndelperfillongitudinalseadoptaránlossiguientescriterios,salvocasossuficientementejustificados:
• Encarreterasdecalzadaúnica,elejequedefineelperfilcoincidiráconelejecentral de la calzada.
• Salvocasosespecialesen terreno llano, la rasanteestaráporencimadelterrenoafindefavorecereldrenaje.
• Enterrenoondulado,porrazonesdeeconomía,larasanteseacomodaráalasinflexionesdelterreno,deacuerdoconloscriteriosdeseguridad,visibilidadyestética.
• En terrenomontañoso y en terreno escarpado, también se acomodará larasantealrelievedelterrenoevitandolostramosencontrapendientecuandodebevencerseundesnivelconsiderable,yaqueelloconduciríaaunalarga-miento innecesario del recorrido de la carretera.
• Esdeseablelograrunarasantecompuestaporpendientesmoderadasquepresentevariacionesgradualesentrelosalineamientos,demodocompatiblecon la categoría delacarreteraylatopografíadelterreno.
55
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
• Losvaloresespecificadosparapendientemáximaylongitudcríticapodránemplearseeneltrazadocuandoresulteindispensable.Elmodoyoportuni-daddelaaplicacióndelaspendientesdeterminaránlacalidadyaparienciade la carretera.
• Rasantes de lomo quebrado (dos curvas verticales de mismo sentido, unidas porunaalineacióncorta),deberánserevitadassiemprequeseaposible.Encasos de curvas convexas, se generan largos sectores con visibilidad restrin-gidaycuandosoncóncavas,lavisibilidaddelconjuntoresultaantiestéticaysegeneranconfusionesenlaapreciacióndelasdistanciasycurvaturas.
3.3.2 Curvas verticales
Lostramosconsecutivosderasanteseránenlazadosconcurvasverticalespara-bólicascuando ladiferenciaalgebraicadesuspendientesseamayora1%,paracarreteraspavimentadasymayora2%paralasafirmadas.
Lascurvasverticalesseránproyectadasdemodoquepermitan,cuandomenos,lavisibilidadenunadistanciaigualaladevisibilidadmínimadeparadaycuandosearazonableunavisibilidadmayoraladistanciadevisibilidaddepaso.
Para la determinación de la longitud de las curvas verticales se seleccionará el índi-cedecurvaturaK.LalongituddelacurvaverticalseráigualalíndiceKmultiplicadoporelvalorabsolutodeladiferenciaalgebraicadelaspendientes(A).
L = KA
LosvaloresdelosíndicesKsemuestranenelcuadro3.3.2aparacurvasconvexasyenelcuadro3.3.1bparacurvascóncavas.
Cuadro 3.3.2.a: Índice K para el cálculo de la longitud de curva vertical convexa
velocidad directriz Km./h
Longitud controlada por visibilidad de frenado Longitud controlada por visibilidad de adelantamiento
distancia de visibilidad de frenado m.
Índice de curvatura K distancia de visibilidad de adelantamiento
Índice de curvatura K
2030405060
2035506585
0.61.93.86.411
-.-200270345410
-.-4684
138195
Elíndicedecurvaturaeslalongitud(L)delacurvadelaspendientes(A)K=L/Aporelporcentajedeladiferencia algebraica.
Diseño geométrico
56
Cuadro 3.3.2.b: Índice para el cálculo de la longitud de curva vertical cóncava
velocidad directriz kM/h distancia de visibilidad de frenado M. Índice de curvatura k
20 20 2.1
30 35 5.1
40 50 8.5
50 65 12.2
60 85 17.3
Elíndicedecurvaturaeslalongitud(L)delacurvadelaspendientes(A)K=L/Aporelporcentajedeladiferencia algebraica.
3.3.3 Pendiente
Enlostramosencorte,seevitarápreferiblementeelempleodependientesmeno-res a 0.5%. Podrá hacerse uso de rasantes horizontales en los casos en que las cunetasadyacentespuedanserdotadasdelapendientenecesariaparagarantizareldrenajeylacalzadacuenteconunbombeoigualosuperiora2%.
Engeneral,seconsideradeseablenosobrepasarloslímitesmáximosdependienteque están indicados en el cuadro 3.3.3.a.
Entramoscarreterosconaltitudessuperioresalos3,000msnm,losvaloresmáxi-mosdelcuadro3.3.3.aparaterrenomontañosooterrenoescarpadossereduciránen 1%.
Loslímitesmáximosdependienteseestableceránteniendoencuentalaseguridaddelacirculacióndelosvehículosmáspesadosenlascondicionesmásdesfavora-blesdelasuperficiederodadura.
Enelcasodeascensocontinuoycuandolapendienteseamayordel5%,sepro-yectará,másomenos,cadatreskilómetros,untramodedescansodeunalongitudnomenorde500mconpendientenomayorde2%.Sedeterminarálafrecuenciaylaubicacióndeestostramosdedescansodemaneraqueseconsiganlasmayoresventajasylosmenoresincrementosdelcostodeconstrucción.
Engeneral,cuandoenlaconstruccióndecarreterasseempleependientesmayoresa10%,eltramoconestapendientenodebeexcedera180m.
57
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Cuadro 3.3.3.a: Pendientes máximas
Orografía tipoterreno plano
terreno ondulado
terreno montañoso
terreno escarpado velocidad de diseño:
20 8 9 10 1230 8 9 10 12
40 8 9 10 10
50 8 8 8 8
60 8 8 8 8
Esdeseableque lamáximapendientepromedioen tramosde longitudmayor a2000m no supere el 6%, las pendientesmáximas que se indican en el cuadro3.3.3asonaplicables.
En curvas con radiosmenores a 50 debe evitarse pendientes en exceso a 8%,debidoaquelapendienteenelladointeriordelacurvaseincrementamuysignifi-cativamente.
3.4 Coordinación entre el diseño horizontal y del diseño vertical
El diseño de los alineamientos horizontal y vertical no debe realizarse indepen-dientemente. Para obtener seguridad, velocidad uniforme, apariencia agradableyeficienteservicioal tráfico,esnecesariocoordinarestosalineamientos. (Figura3.4.1).
Lasuperposición (coincidenciadeubicación)de lacurvaturavertical yhorizontalgeneralmentedacomoresultadounacarreteramássegurayagradable.Cambiossucesivosenelperfillongitudinalnocombinadosconlacurvaturahorizontal,pue-denconllevarunaseriededepresionesnovisiblesalconductordelvehículo.
Noes conveniente comenzar o terminar una curvahorizontal cercade la crestadeunacurvavertical.Estacondiciónpuederesultarinseguraespecialmenteenlanoche,sielconductornoreconoceelinicioofinaldelacurvahorizontal.Semejorala seguridad si la curva horizontal guía a la curva vertical. La curva horizontal debe ser más larga que la curva vertical en ambas direcciones.
Paraefectosdeldrenaje,debendiseñarselascurvashorizontalyverticaldemodoqueéstasnoseancercanasa la inclinación transversalnulaen la transicióndelperalte.
Diseño geométrico
58
Eldiseñohorizontalyverticaldeunacarreteradeberáestarcoordinadodeformaqueelusuariopuedacircularporellademaneracómodaysegura.Concretamente,seevitaráquecirculandoalavelocidaddediseño,seproduzcanpérdidasvisualesdetrazado,definidaéstacomoelefectoquesucedecuandoelconductorpuedever,enundeterminadoinstante,dostramosdecarretera,peronopuedeverotrosituadoentre los dos anteriores.
Paraconseguirunaadecuadacoordinacióndelosdiseños,setendránencuentalas siguientes condiciones:
• Los puntos de tangencia de toda curva vertical, en coincidencia con unacurva circular, estarán situados dentro de la zona de curvas de transición (Clotoide)enplantaylomásalejadosdelpuntoderadioinfinitoopuntodetangencia de la curva de transición con el tramo en recta.
• En tramosdondeseaprevisible laaparicióndehielo, la líneademáximapendiente(longitudinal,transversaloladelaplataforma)seráigualomenorqueeldiezporciento(10%).
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 3.4.1: Coordinación de los alineamientos horizontal y vertical
Diseño geométrico
60
3.5 Sección transversal
3.5.1 Calzada
EneldiseñodecarreterasdemuybajovolumendetráficoIMDA<50,lacalzadapodráestardimensionadaparaunsolocarril.Enlosdemáscasos, lacalzadasedimensionaráparadoscarriles.
Enelcuadro3.5.1a,seindicanlosvaloresapropiadosdelanchodelacalzadaentramosrectosparacadavelocidaddirectrizenrelaciónaltráficoprevistoyalaim-portanciadelacarretera.
Cuadro 3.5.1.a: Ancho mínimo deseable de la calzada en tangente (en metros)
tráfico ImdA <15 16 á 50 51 á 100 101 á 200velocidad Km./h * * ** * ** * **
25 3.50 3.50 5.00 5.50 5.50 5.50 6.0030 3.50 4.00 5.50 5.50 5.50 5.50 6.0040 3.50 5.50 5.50 5.50 6.00 6.00 6.0050 3.50 5.50 6.00 5.50 6.00 6.00 6.0060 5.50 6.00 5.50 6.00 6.00 6.00
*Calzadadeunsólocarril,conplazoletadecrucey/oadelantamento
**Carreterasconpredominiodetráficopesado.
Enlostramosenrecta,laseccióntransversaldelacalzadapresentaráinclinacionestransversales(bombeo)desdeelcentrohaciacadaunodelosbordesparafacilitareldrenajesuperficialyevitarelempozamientodelagua.
Las carreteras no pavimentadas estarán provistas de bombeo con valores entre2%y3%.Enlostramosencurva,elbombeoserásustituidoporelperalte.EnlascarreterasdebajovolumendetránsitoconIMDAinferiora200veh/día,sepuedesustituirelbombeoporunainclinacióntransversaldelasuperficiederodadurade2.5% a 3% hacia uno de los lados de la calzada.
Para determinar el ancho de la calzada en un tramo en curva, deberán considerarse lasseccionesindicadasenelcuadro3.5.1ª.Estaránprovistasdesobreanchos,enlos tramos en curva, de acuerdo a lo indicado en el cuadro 3.2.7.
3.5.2 Bermas
Acadaladodelacalzada,seproveeránbermasconunanchomínimode0.50m.Esteanchodeberápermanecerlibredetodoobstáculoincluyendoseñalesyguarda-vías. Cuando se coloque guardavías se construirá un sobre ancho de min. 0.50 m.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Enlostramosentangenteslasbermastendránunapendientede4%haciaelexte-riordelaplataforma.
Labermasituadaenelladoinferiordelperalteseguirálainclinacióndeestecuandosuvalorseasuperiora4%.Encasocontrario,lainclinacióndelabermaseráigualal 4%.
Labermasituadaenlapartesuperiordelperaltetendráenloposibleunainclinaciónensentidocontrarioalperalteiguala4%,demodoqueescurrahacialacuneta.
Ladiferenciaalgebraicaentrelaspendientestransversalesdelabermasuperiorylacalzadaserásiempreigualomenora7%.Estosignificaquecuandolainclinacióndelperalteesiguala7%,laseccióntransversaldelabermaseráhorizontalycuan-doelperalteseamayora7%,labermasuperiorquedaráinclinadahacialacalzadaconunainclinaciónigualalainclinacióndelperaltemenos7%.
3.5.3 Ancho de la plataforma
Elanchodelaplataformaarasanteterminadaresultadelasumadelanchoencal-zadaydelanchodelasbermas.
Laplataformaaniveldelasubrasantetendráunanchonecesariopararecibirsobreellalacapaocapasintegrantesdelafirmadoylacunetadedrenaje.
3.5.4 Plazoletas
En carreteras de un solo carril con dos sentidos de tránsito, se construirán ensanches enlaplataforma,cada500mcomomínimoparaquepuedancruzarselosvehículosopuestosoadelantarseaquellosdelmismosentido.
Laubicacióndelasplazoletassefijarádepreferenciaenlospuntosquecombinenmejorlavisibilidadalolargodelacarreteraconlafacilidaddeensancharlaplata-forma.
3.5.5 Dimensiones en los pasos inferiores
Laalturalibredeseablesobrelacarreteraserádeporlomenos5.00m.Enlostú-neles,laalturalibrenoserámenorde5.50.(Verfigura3.5.5.1)
Cuandolacarreterapasadebajodeunaobradeartevial,suseccióntransversalpermaneceinalteradaylosestribosopilaresdelaobradebajodelacualpasade-ben encontrarse fuera de las bermas o de las cunetas eventuales agregándose una sobre berma no menor a 0.50 (1.50 deseable).
Diseño geométrico
62
3.5.6 Taludes
Lostaludesparalasseccionesencorteyrellenovariarándeacuerdoalaestabili-daddelosterrenosenqueestánpracticados.Lasalturasadmisiblesdeltaludysuin-clinaciónsedeterminaránenloposible,pormediodeensayosycálculosotomandoencuentalaexperienciadelcomportamientodelostaludesdecorteejecutadosenrocasosuelosdenaturalezaycaracterísticasgeotécnicassimilaresquesemantie-nen estables ante condiciones ambientales semejantes.
Losvaloresde la inclinaciónde los taludesencortey rellenoserándeunmodoreferenciallosindicadosenelacápite5.2delcapítulo5.
3.5.7 Sección transversal típica
Lafigura3.5.7.1ilustraunaseccióntransversaltípicadelacarretera,amedialade-ra,quepermiteobservarhaciaelladoderecholaestabilizacióndeltaluddecorteyhacia el lado izquierdo, el talud estable de relleno.
Ambosdetallesporseparado,graficanenelcasodepresentarseenamboslados,lasituacióndenominada,enelprimercasocarreterasencortescerrados,yenelsegundo caso carreteras en relleno.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 3.5.5.1
Diseño geométrico
64
Figu
ra 3
.5.7
.1
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Capítulo 4
HIDROLOGÍA Y DRENAJE
Hidrología y drenaje
66
67
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
HIDROLOGÍA Y DRENAJEElsistemadedrenajedeunacarreteratieneesencialmentedosfinalidades:a)pre-servar laestabilidadde lasuperficieydelcuerpode laplataformade lacarreterayb) restituir lascaracterísticasde lossistemasdedrenajey/odeconduccióndeaguas,naturaldelterrenooartificial,deestructuras,construidaspreviamente,queseríandañadasomodificadasporlaconstruccióndecarreteraque,sinundebidocuidado,resultaríancausandodañosenelmedioambiente,algunosposiblementeirreparables.
Desdeestospuntosdevistaydeunamanerapráctica,debeconsiderarse:
a) Enlaetapadelplaneamiento
Debeaplicarselossiguientescriteriosparalalocalizacióndelejedelacarre-tera:
1) Evitar en lo posible localizar la carretera en territorios, húmedos opantanosos; zonas de huaicos mayores; zonas con torrentes deaguasintermitentes;zonasconcorrientesdeaguassubterráneasylaszonasinestablesy/ocontaludespronunciadas.
2) Evitarenloposibleslacercaníaareservoriosycursosdeaguaexis-tentes,naturalesoartificiales,especialmentesisoncausadeposi-bleserosionesdelaplataformadelacarretera.
b) Enlaetapadediseñodelsistemadedrenaje
1) Mantener al máximo en los taludes, la vegetación natural existente.
2) Noafectaroreconstruir,perfeccionándolo,eldrenajenaturaldelterri-torio (cursos de agua).
3) Canalizarel aguasuperficial provenientede lluviassobre laexpla-nación de la carretera hacia cursos de agua existentes fuera de la carretera evitando que tenga velocidad erosiva.
4) Bajarlanapafreáticadeaguassubterráneasanivelesquenoafectenla carretera.
5) Proteger la carretera contra la erosión de las aguas.
Laaplicacióndeestoscriteriosllevaaldiseñodesolucionesdeingenieríaque,porsunaturaleza,seagrupanenlaformasiguiente:
• Drenajesuperficial.• Drenaje subterráneo.
Hidrología y drenaje
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4.1 Drenaje superficial
4.1.1 Consideraciones generales
a) Finalidad del drenaje superficial
Eldrenajesuperficialtienecomofinalidadalejarlasaguasdelacarreteraparaevitarel impactonegativodelasmismassobresuestabilidad,durabilidadytransitabilidad.
El adecuadodrenaje es esencial para evitar la destrucción total o parcialdeunacarreterayreducirlosimpactosindeseablesalambientedebidoalamodificacióndelaescorrentíaalolargodeéste.
Eldrenajesuperficialcomprende:
• Larecoleccióndelasaguasprocedentesdelaplataformaysustalu-des.
• La evacuación de las aguas recolectadas hacia cauces naturales.
• Larestitucióndelacontinuidaddeloscaucesnaturalesinterceptadosporlacarretera.
b) Criterios funcionales
Loselementosdeldrenajesuperficialseelegiránteniendoencuentacriteriosfuncionales,segúnsemencionaacontinuación:
• Lassolucionestécnicasdisponibles.
• Lafacilidaddesuobtenciónyasícomoloscostosdeconstrucciónymantenimiento.
• Losdañosque,eventualmente,produciríanloscaudalesdeaguaco-rrespondientesalperíododeretorno,esdecir,losmáximosdelperío-dodediseño.
Alpasodelcaudaldediseño,elegidodeacuerdoalperíododeretornoycon-siderando el riesgo de obstrucción de los elementos del drenaje, se deberá cumplirlassiguientescondiciones:
• Enloselementosdedrenajesuperficiallavelocidaddelaguaserátalquenoproduzcadañosporerosiónniporsedimentación.
• Elmáximoniveldelaláminadeaguaserátalquesiempresemanten-ga un borde libre no menor de 0.10 m.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
• Noalcanzarálacondicióndecatastróficoslosdañosmaterialesater-cerosproduciblesporunaeventualinundacióndezonasaledañasala carretera, debido a la sobre elevación del nivel de la corriente en uncauce,provocadaporlapresenciadeunaobradedrenajetrans-versal.
c) Período de retorno
Laseleccióndelcaudaldediseñoparaelcualdebeproyectarseundrenajesuperficial,estárelacionadaconlaprobabilidadoriesgoqueesecaudalseaexcedidoduranteelperíodoparaelcualsediseñalacarretera.Engeneral,seaceptanriesgosmásaltoscuandolosdañosprobablesqueseproduzcan,encasodequediscurrauncaudalmayoraldediseño,seanmenoresylosriesgosaceptablesdeberánsermuypequeñoscuandolosdañosprobablesseanmayores.
El riesgoo probabilidad de excedencia de una caudal en un intervalo deaños,estárelacionadoconlafrecuenciahistóricadesuapariciónoconelperíododeretorno.
En el cuadro 4.1.1a se muestran los valores del riesgo de excedencia, del caudaldediseño,durantelavidaútildelelementodedrenajeparadiversosperíodosderetorno.
Cuadro 4.1.1.a: Riesgo de excedencia (%) durante la vida útil para diversos períodos de retorno
Período de retorno(años)
Años de vida útil10 20 25 50 100
10 65.13% 87.84% 92.82% 99.48% 99.99%15 49.84% 74.84% 82.18% 96.82% 99.90%20 40.13% 64.15% 72.26% 92.31% 99.41%25 33.52% 55.80% 63.96% 87.01% 98.31%50 18.29% 33.24% 39.65% 63.58% 86.74%
100 9.56% 18.21% 22.22% 39.50% 63.40%500 1.98% 3.92% 4.88% 9.3% 18.14%
1000 1.00% 1.98% 2.47% 4.88% 9.52%10000 0.10% 0.20% 0.25% 0.50% 0.75%
Serecomiendaadoptarperíodosderetornonoinferioresa10añosparalascunetasypara lasalcantarillasdealivio.Para lasalcantarillasdepaso,elperíododeretornoaconsejableesde50años.Paralospontonesypuentes,elperíododeretornonoserámenora100años.Cuandoseaprevisibleque
Hidrología y drenaje
70
seproduzcandañoscatastróficosencasodequeseexcedanloscaudalesdediseño,elperíododeretornopodráserhastade500añosomás.
Enelcuadro4.1.1b,seindicanperíodosderetornoaconsejables,segúneltipodeobradedrenaje.
Cuadro 4.1.1.b: Períodos de retorno para diseño de obras de drenaje en carreteras de bajo volumen de tránsito
tipo de obra Período de retorno en años
Puentes y pontones 100 (mínimo)
Alcantarillas de paso y badenes 50
Alcantarilla de alivio 10 – 20
Drenaje de la plataforma 10
d) Riesgo de obstrucción
Lascondicionesdefuncionamientodeloselementosdedrenajesuperficial,puedenversesalteradasporsuobstruccióndebidaacuerposarrastradosporlacorriente.
Entreloselementosdeldrenajesuperficialdelaplataforma,elriesgoeses-pecialmenteimportanteenlossumiderosycolectoresenterradosdebidoalapresenciadebasuraosedimentacióndelmaterialtransportadoporelagua.Paraevitarlo,senecesitaunadecuadodiseño,unciertosobredimensiona-mientoyunaeficazconservaciónomantenimiento.
El riesgo de obstrucción de las obras de drenaje transversal (alcantarillas de pasoycursosnaturales),fundamentalmenteporvegetaciónarrastradaporlacorrientedependerádelascaracterísticasdeloscaucesyzonasinundablesypuedeclasificarseenlascategoríassiguientes:
• Riesgoalto:Existepeligrodequelacorrientearrastreárbolesuobje-tosdetamañoparecido.
• Riesgomedio:Puedenserarrastradascañas,arbustos,ramasyob-jetosdedimensionessimilares,encantidadesimportantes.
• Riesgobajo:Noesprevisibleel arrastredeobjetosde tamañoencantidadsuficientecomoparaobstruireldesagüe.
Sielriesgofueraalto,seprocuraráquelasobrasdedrenajetransversalnofuncionenasecciónllena,dejandoentreelnivelsuperiordelasuperficiedel
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
aguayeltechodelelementounbordelibre,paraelnivelmáximodelagua,con un resguardo mínimo de 1.5 m, mantenido en una anchura no inferior a12m.Sielriesgofueramedio,lascifrasanteriorespodránreducirsealamitad.Siestascondicionesnosecumplen,setendráencuentalasobreele-vacióndelniveldelaguaquepuedacausarunaobstrucción,aplicandoenloscálculosunareducciónalasecciónteóricadedesagüe.Tambiénsepodrárecurriraldiseñodedispositivosparareteneralmaterialflotante,aguasarri-bayadistanciasuficiente.Estosiemprequesegaranticeelmantenimientoadecuado.
Deberácomprobarsequelacarreteranoconstituyaunobstáculoquereten-galasaguasdesbordadasdeuncauceoconductodeaguayprolonguedeformaapreciablelainundacióndespuésdeunacrecida.
e) Daños debidos a la escorrentía
Aefectosdelpresentemanual,únicamenteseconsideraráncomodañosaaquellosquenosehubieranproducidosinlapresenciadelacarretera.Esdeciralasdiferenciasentrelosefectosproducidosporelcaudaldebidoalacarreteraydesuselementosdedrenajesuperficialyaquellosqueseorigi-naban antes de la construcción.
Estosdañospuedenclasificarseenlascategoríassiguientes:
• Los producidos en el propio elemento de drenaje o en su entornoinmediato (sedimentaciones, erosiones, roturas).
• Lasinterrupcionesenelfuncionamientodelacarreteraodevíascon-tiguas,debidasainundacióndesuplataforma.
• Losdañosalaestructuradelafirmado,alaplataformadelacarreteraoalasestructurasyobrasdearte.
Losdañosmaterialesatercerosporinundacióndelaszonasaledañaspo-dránconsiderarsecatastróficosono.Nodependendeltipodecarreteranidelacirculaciónqueestasoporte,sinodesuemplazamiento.
e.1) Daños en el elemento de drenaje superficial
Sepodrá considerar que la corriente no producirá daños importantes porerosióndelasuperficiedelcauceoconductosisuvelocidadmedianoex-cededeloslímitesfijadosenelcuadro4.1.1cenfuncióndelanaturalezadedichasuperficie:
Hidrología y drenaje
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Cuadro 4.1.1.c: Velocidad máxima del agua
tipo de superficie máxima velocidad admisible (m/s)Arena fina o limo (poca o ninguna arcilla) 0.20 – 0.60Arena arcillosa dura, margas duras 0.60 – 0.90Terreno parcialmente cubierto de vegetación 0.60 – 1.20Arcilla, grava, pizarras blandas con cubierta vegetal 1.20 – 1.50Hierba 1.20 – 1.80Conglomerado, pizarras duras, rocas blandas 1.40 – 2.40Mampostería, rocas duras 3.00 – 4.50 *Concreto 4.50 – 6.00 *
*Paraflujosdemuycortaduración
Silacorrientepudieraconducirmaterialesensuspensión(limo,arena,etc.),secuidaráqueunareduccióndelavelocidaddelaguanoprovoquesusedi-mentaciónosedispondrándepósitosdesedimentaciónpararecogerlas,loscualesdeberánserdefácillimpiezayconservarsedeformaeficaz.
e.2) Daños no catastróficos a terceros
Donde existan zonas rurales en las que eventualmente terceros sufren da-ños por inundaciones o similares, deberá cuidarse y comprobarse que lacarreteranoconstituyaunobstáculoqueretengalasaguasdesbordadasyprolonguedeformaapreciablelainundacióndespuésdelpasodeunacreci-da.EspecialatenciónseprestaráaesteproblemaencaucesconmárgenesmásaltosquelosterrenoscircundantesyenIlanurasdeinundación.
e.3) Daños catastróficos
Losdañosatercerosseconsideraráncatastróficoscuandoocurraalgunadelas circunstancias siguientes:
• Riesgodepérdidadevidashumanasogravesdañospersonales.• Afectacionesanúcleospobladosoindustriales.
En los casos en que resulte evidente la ocurrencia de daños, se deberárealizar un detallado análisis de la situación. Si de dicho análisis se deduje-rariesgodedañoscatastróficosseadoptaránlasmedidasoportunasparaevitarlos.
e.4) Beneficios
Todoanálisisdelasafectacionesaterceroscausadasporlapresenciadeunacarreteraincluirá,ademásdelosdaños,tambiéneventualesbeneficios,debi-das a la reducción de niveles de inundación en algunas zonas aguas abajo, o a otras razones.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
4.1.2 Hidrológica y cálculos hidráulicos
Lasdimensionesdeloselementosdeldrenajesuperficialseránestablecidasme-diantemétodosteóricosconocidosdeacuerdoalascaracterísticashidrológicasdelazonapordondepasalacarreteratomandoencuentalainformaciónpluviométricadisponible.
Elmétododeestimacióndeloscaudalesasociadosaunperíododeretornodepen-dedeltamañoynaturalezadelacuencatributaria.Porsunaturaleza,representancasosespecialeslapresenciadelagos,embalsesyzonasinundablesqueretengano desvíen la escorrentía.
Cuandolascuencassonpequeñas,seconsideraapropiadoelmétododelafórmularacionalparaladeterminacióndeloscaudalesSeconsiderancuencaspequeñasaaquellasenqueeltiempodeconcentraciónesigualomenora6horas.Eltiempoderecorridodelflujoenelsistemadecaucesdeunacuencaotiempodeconcen-traciónrelacionadoconlaintensidadmediadeprecipitaciónsepuedededucirporla fórmula:
T = 0.3 (L/J¼) ¾
Siendo:
T=Tiempodeconcentraciónenhoras.
L=Longituddelcauceprincipalenkm.
J = Pendiente media.
Estafórmulanoesaplicablealflujosobrelaplataformadelacarreteradadoqueesteflujoesdifusoylento.
Cuandosedispongadeinformacióndirectasobrenivelesocualidadesdelaave-nida,serecomiendacompararlosresultadosobtenidosdelanálisisconestainfor-mación directa.
Elcaudaldediseñoenelquedesaguaunacuencapequeñaosuperficieseobten-drá mediante la fórmula racional:
Q = C I A / 3.6
Q = Caudal m3/seg.(Paracuencaspequeñas)enlasecciónenestudio.
I = Intensidaddelaprecipitaciónpluvialmáxima,previsible,correspondienteauna duración igual al tiempo de concentración y a un período de retornodado,enmm/h.
A = Área de la cuenca en km2.
Hidrología y drenaje
74
C= Coeficientedeescorrentía.
Paraelpronósticodeloscaudales,elprocedimientoracionalrequierecontarconlafamiliadecurvasIntensidad–Duración–Frecuencia(IDF).Ennuestropaís,debidoalaescasacantidaddeinformaciónpluviográficaquesetiene,difícilmentepuedenelaborarse estas curvas. Ordinariamente solo se cuenta con lluvias máximas en 24 horasporloqueelvalordelaintensidaddelaprecipitaciónpluvialmáximageneral-menteseestimaapartirdelaprecipitaciónmáximaen24horas,multiplicadaporuncoeficientededuración.Enelcuadro4.1.2.csemuestrancoeficientesdeduración,entre1horay48horas,losmismosquepodránusarse,concriterioycautela,paraelcálculodelaintensidadcuandonosedispongademejorinformación.
Cuadro 4.1.2.a: Coeficientes de duración lluvias entre 48 horas y una hora
duración de la precipitaciónen horas Coeficiente
1 0.25
2 0.31
3 0.38
4 0.44
5 0.50
6 0.56
8 0.64
10 0.73
12 0.7914 0.8316 0.87
18 0.9020 0.9322 0.97
24 1.00
48 1.32
ElcoeficientedeC,delafórmularacional,puededeterminarseconlaayudadelosvaloresmostradosenloscuadros4.1.2.by4.1.2.c
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Cuadro 4.1.2.b: Valores para la determinación del coeficiente de escorrentía
Condición valores
1. Relieve del terreno K1 = 40 K1 = 30 K1 = 20 K1 = 10Muy accidentado pendiente superior al 30%
Accidentado pendiente entre 10% y 30%
Ondulado pendiente entre 5% y 10%
Llano pendiente inferior al 5%
2. Permeabilidad del suelo K2 = 20 K2 = 15 K2 = 10 K2 = 5Muy impermeableroca sana
Bastante impermeable arcilla
Permeable Muy permeable
3. Vegetación K3 = 20 K3 = 15 K3 = 10 K3 = 5Sin vegetación Poca
Menos del 10% de la superficie
BastanteHasta el 50% de la superficie
Mucha Hasta el 90% de la superficie
4. Capacidad de retención K4 = 20Ninguna
K4 = 15Poca
K4 = 10Bastante
K4 = 5Mucha
Cuadro 4.1.2.c: Coeficiente de escorrentía
K = K1 + K2 + K3 + K4 * C
100 0.8075 0.6550 0.5030 0.3525 0.20
* Ver cuadro 4.1.2.b
Paraladeterminacióndelcoeficientedeescorrentíatambiénpodrántomarsecomoreferencia,cuandoseapertinente,losvaloresmostradosenelcuadro4.1.2.d
Cuadro 4.1.2.d: Coeficiente de escorrentía
tipo de superficie Coeficiente de escorrentía
Pavimento asfáltico y concreto 0.70 – 0.95
Adoquines 0.50 – 0.70
Superficie de grava 0.15 – 0.30
Bosques 0.10 – 0.20Zonas de vegetación densa
• Terrenos granulares • Terrenos arcillosos
0.10 – 0.500.30 – 0.75
Tierra sin vegetación 0.20 – 0.80
Zonas cultivadas 0.20 – 0.40
Hidrología y drenaje
76
Paraelcálculodelavelocidadydelcaudalenuncanalconrégimenhidráulicouni-forme,sepuedeemplearlafórmuladeManning.
V = R2/3 S1/2 / n
Q = VA
R = A / P
Donde:
Q = Caudal m3/s
V = Velocidadmediam/s
A = Áreadelaseccióntransversalocupadaporelaguam2
P = Perímetro mojado m
R = A/P;Radiohidráulicom
S = Pendientedelfondom/m
n = CoeficientederugosidaddeManning(cuadro4.1.2.e)
Cuadro 4.1.2.e: Valores del coeficiente de Manning
tipo de canal mínimo Normal máximo
Tubo metálico corrugado 0.021 0.024 0.030
Tubo de concreto 0.010 0.015 0.020
Canal revestido en concreto alisado 0.011 0.015 0.017
Canal revestido en concreto sin alisar 0.014 0.017 0.020
Canal revestido albañilería de piedra 0.017 0.025 0.030
Canal sin revestir en tierra o grava 0.018 0.027 0.030
Canal sin revestir en roca uniforme 0.025 0.035 0.040
Canal sin revestir en roca irregular 0.035 0.040 0.050
Canal sin revestir con maleza tupida 0.050 0.080 0.120
Río en planicies de cauce recto sin zonas con piedras y malezas 0.025 0.030 0.035
Ríos sinuosos o torrentosos con piedras 0.035 0.040 0.600
77
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
4.1.3 Elementos físicos del drenaje superficial
a) Drenajedelaguaqueescurresuperficialmente
• Funcióndelbombeoydelperalte
Laeliminacióndel aguade la superficie de rodadura seefectúapormediodelbombeoen lasseccionesentangenteydelperalteen lascurvashorizontales,provocandoelescurrimientodelasaguashacialascunetas(figura4.1.3.1).Losvaloresdelbombeoseseñalanenelítem3.5.1.
• Pendiente longitudinal de la rasante
Demodogeneral,larasanteseráproyectadaconpendientelongitudi-nalnomenorde0.5%,evitándoselostramoshorizontalesconelfinde facilitar el movimiento del agua de las cunetas hacia sus aliviade-ros o alcantarillas.
Soloenelcasoquelarasantedelacunetapuedaproyectarseconlapendienteconvenienteindependientementedelacalzada,seadmiti-rálahorizontalidaddeésta.
Encarreterasnopavimentadasdeberánevitarse,en loposible,pen-dientesmayoresal10%,salvoqueseconstruyancamellonesquedes-víen las aguas lateralmente antes que adquieran velocidad de erosión.
• Desagüe sobre los taludes en relleno o terraplén
Silaplataformadelacarreteraestáenunterraplénorellenoyeltaludes erosionable, las aguas que escurren sobre la calzada deberán ser encausadasporlosdosladosdelamismaenformaqueeldesagüeseefectúeensitiospreparadosespecialmenteprotegidasyseevitelaerosióndelostaludes(figura4.1.3.2).
Paraencausar lasaguas,cuandoel taludeserosionable,sepodrápreverlaconstruccióndeunbordilloalcostadodelaberma.Ésteserácortadoconfrecuenciaimpuestoporlaintensidaddelaslluvias,en-causandoelaguaenzanjasfabricadascondescargaalpiedeltalud.
b) Cunetas
Lascunetas tendrán,engeneral,sección triangularyseproyectaránparatodoslostramosalpiedelostaludesdecorte.
Susdimensionesseránfijadasdeacuerdoalascondicionespluviométricas,siendo las dimensiones mínimas aquellas indicadas en el cuadro 4.1.3a.
El ancho es medido desde el borde de la subrasante hasta la vertical que pasaporelvérticeinferior.Laprofundidadesmedidaverticalmentedesdeelniveldelbordedelasubrasanteelfondoovérticedelacuneta.
Hidrología y drenaje
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
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Hidrología y drenaje
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Cuadro 4.1.3.a: Dimensiones mínimas de las cunetas
Región Profundidad(m) Ancho(m)
Seca 0.20 0.50
Lluviosa 0.30 0.75
Muy Lluviosa 0.50 1.00
• Revestimientodelascunetas
Cuando el suelo es deleznable (arenas, limos, arenas limosas, are-nalimoarcillosos,suelosfrancos,arcillas,etc.)ylapendientedelacunetaesigualomayorde4%,éstadeberárevestirseconpiedraylechadadecementouotrorevestimientoadecuado(figura4.1.3.3a).
• Desagüedelascunetas
Eldesagüedelaguadelascunetasseefectuarápormediodealcan-tarillasdealivio(figura4.1.3.3.b).
La longitud de las cunetas entre alcantarillas de alivio será de 250 m comomáximoparasuelosnoerosionablesopocoerosionables.Paraotrotipodesuelossusceptiblesaerosión,ladistanciapodrádisminuirdeacuerdoalosresultadosdelaevaluacióntécnicadelascondicio-nesdepluviosidad,coberturavegetaldelossuelos,taludesnaturalesyotrascaracterísticasdelazona.
c) Zanjas de coronación
• Ubicacióndelaszanjasdecoronación
Cuandosepreveaqueeltaluddecorteestáexpuestoaefectoerosi-vodelaguadeescorrentía,sediseñarázanjasdecoronación(figura4.1.3.4)
d) Zanjas de recolección
Lazanjaderecolecciónseránecesariaparallevarlasaguasdelasalcanta-rillas de alivio hacia los cursos de agua existente. (Figura 4.1.3.4)
• Dimensionesdelaszanjas
Lasdimensionessefijarándeacuerdoalascondicionespluviométri-casdelazonaycaracterísticasdelterreno.
• Revestimientodelaszanjasdecoronación
81
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Sedeberárevestirlaszanjasenelcasoqueesténprevistasfiltracio-nesquepuedenponerenpeligrolaestabilidaddeltaluddecorte.
• Desagüedelaszanjas
Laubicacióndelospuntosdedesagüeseráfijadaporelproyectistateniendoencuentalaubicacióndelasalcantarillasylalongitudmáxi-maquepuedealcanzarlazanjaconrelaciónasusdimensionesyalalluviosidaddelazona(figura 4.1.3.5).
e) Canal de bajada
Cuando la carretera, en media ladera o en corte cerrado, cruza un curso de aguaquenoesposibledesviar,esnecesarioencauzarlasaguasenunca-naldebajadaconelfintambiéndepreservarlaestabilidaddeltalud(figura4.1.3.5y4.1.3.6).
f) Alcantarillas de paso y alcantarillas de alivio
• Tipoyubicación
Eltipodealcantarilladeberádeserelegidoencadacasoteniendoencuentaelcaudalaeliminarse,lanaturaleza,lapendientedelcauceyelcostoenrelaciónconladisponibilidaddelosmateriales.
Lacantidady laubicaciónseránfijadasparagarantizareldrenaje,evitandolaacumulaciónexcesivadeaguas.Además,enlospuntosbajosdelperfildebeproyectarseunaalcantarilladealivio,salvosolu-ción alternativa.
• Dimensionesmínimas
La dimensión mínima interna de las alcantarillas deberá ser la que permitesulimpiezayconservación.Paraelcasodelasalcantarillasdepaso,esdeseablequeladimensiónmínimadelaalcantarillaseaporlomenos1.00m.Paralasalcantarillasdealiviopuedenseracep-tablesdiámetrosnomenoresa0.40m.,perolomáscomúnesusarundiámetromínimode0.60menelcasodetubosyancho,alto0.60menelcasorectangular.(figuras4.1.3.7y4.1.3.9).
Hidrología y drenaje
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Figura 4.1.3.4: Zanjas de coronación y de recolección
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 4.1.3.5: Canal de bajada
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Figura 4.3.1.6: Canal de bajada - Elevación de corte
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 4.1.3.7: Detalles de alcantarillas
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Figura 4.1.3.8: Ejemplos de localización y de tipos de alcantarillas
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 4.1.3.8a: Alcantarilla de paso y protección de piedra
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Figura 4.1.3.9a: Diseños típicos de cunetas
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 4.1.3.9b: Tipos de alcantarillas económicas
Hidrología y drenaje
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g) Badenes
Losbadenes(figura4.1.3.10)sonunasoluciónsatisfactoriaparaloscursosdeaguaquedesciendenporpequeñasquebradas,descargandoesporádi-camentecaudalesconfuerzadurantealgunashoras,enépocasdelluviayarrastrando materiales sólidos.
Losbadenestienencomosuperficiederodaduraunacapadeempedradode protección o tienen una superficiemejorada formada por una losa deconcreto.
Evitarlacolocacióndebadenessobredepósitosdesuelosdegranofinosu-ceptiblesalasocavaciónoadopcióndediseñosquenopreveanproteccióncontra la socavación.
Tambiénpuedenusarsebadenescombinadosconalcantarillas,tantodetu-boscomodeltipocajón.
Losbadenespresentanlaventajadequesonestructurasmenoscostosasquelasalcantarillasgrandes,pontonesopuentes.Asimismo,engeneral,nosonsuceptiblesdeobstruirse.Ensumayoría,losbadenesnosonmuysen-siblesconrespectoalcaudaldediseñodebidoaqueunpequeñoincrementodeltirantedeaguaincrementademodoimportantelacapacidadhidráulica.
Paraeldiseñodebadenesserecomiendalosiguiente:
• Usarunaestructuraounalosasuficientementelargaparaprotegerel perímetromojado del cauce natural del curso de agua.Agregarprotecciónporarribadelnivelesperadodeaguasmáximas.Mantenerunborde libre,entre0.3y0.5metros,entre lapartesuperiorde lasuperficiereforzadaderodadura(losa)yelniveldeaguasmáximasesperado.
• Protegertodalaestructuraconpantallasimpermeables,enrocamien-to, gaviones, losas de concreto u otro tipo de protección contra lasocavación.Elniveldelaguadebajodeunvadoesunpuntoparti-cularmentecríticoparaefectosdesocavaciónynecesitadisipadoresdeenergíaoenrocadosdeproteccióndebidoalabatimientotípicodelniveldelaguaalsalirdelaestructurayalaaceleracióndelflujoalolargo de la losa.
• Construirlascimentacionessobrematerialresistentealasocavación(rocasanaoenrocado)opordebajodelaprofundidadesperadadeso-cavación. Evitar la socavación de la cimentación o del cauce mediante elusodeempedradopesadocolocadolocalmente,jaulasdegavioneso refuerzo de concreto.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 4.1.3.10: Badenes
Hidrología y drenaje
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h) Vados
Elcruceaniveldeunacarreteraatravésdeunríopequeñosedenominavado. Idealmente debe construirse en lugares donde el cruce natural tiene pocaaltura.
Los vados y badenes implican ciertas demoras al tránsito, ocasionales operiódicasenlasépocasdelluviaporloque,generalmente,nosonaconse-jables en carreteras de alto volumen de tránsito.
Losvadoscombinadosconalcantarillaspuedenrepresaralosmaterialesdearrastreenelcauceyocasionareltaponamientodelaalcantarilla,poniendoen riesgo la estabilidad de la estructura.
Paraeldiseñodevadosserecomienda:
• Paraelcasodevadossimplesdepiedra,esconvenienteusargrandesfrag-mentosderocaopiedrabiengraduadosenlabasedelaquebradaatravésdelaquebradaquetenganlaresistenciasuficientepararesistirelflujodelagua.Rellenar loshuecosconfragmentospequeñosderoca limpiaocongravaparaproporcionarunasuperficiederodaduratersa.Aestasrocaspe-queñasselesdeberádarmantenimientoperiódicoyseremplazaráneven-tualmente.
• Usarvadosparaelcrucedecaucessecosoconcaudalespequeñosdurantelamayor parte del año. Emplear vadosmejorados (con alcantarillas) contubosocajonesdeconcretoparaalcantarillasafindedejarpasarcaudalesdel estiaje.
• Ubicarlosvadosdondelasmárgenesdelcursodeaguaseanbajasydondeelcauceestébienconfinado.Enelcasodedesagüesdeprofundidadmode-rada usar vados mejorados con alcantarillas de tubo o de cajón.
• Usarmarcadoresdeprofundidadresistentesybiencolocadosenlosvadosparaadvertiraltránsitodealturaspeligrosasdelagua.
• Evitarlaconstruccióndecurvasverticalespronunciadasenvadosenlasquepuedanquedaratrapadoscamioneslargosoremolques.
4.2 Drenaje subterráneo
4.2.1 Condiciones generales
Eldrenajesubterráneoseproyectaráparacontrolary/o limitar lahumedadde laplataformaydelosdiversoselementosdelpavimentodeunacarretera.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Sus funciones serán alguna o varias de las siguientes:
a) Interceptarydesviarcorrientessubsuperficialesy/osubterráneasantesdeque lleguen al lecho de la carretera.
b) Hacer descender el nivel freático.
c) Sanearlascapasdelpavimento.
Las figuras4.2.1ay4.2.1bmuestran ladisposicióngeneral quedeben tener losdrenes subterráneos.
Figura 4.2.1a: Drenaje subterráneo
Figura 4.2.1b: Drenaje subterráneo
Hidrología y drenaje
94
4.2.2 Drenes subterráneos
Eldrensubterráneoestaráconstituidoporunazanjaenlaquesecolocaráuntuboconorificiosperforados, juntasabiertas,odematerialporoso.Se rodearádeunmaterialpermeable,materialfiltro,compactadoadecuadamente,yseaislarádelasaguassuperficialesporunacapaimpermeablequeocupeycierrelapartesuperiordelazanja(figura4.2.2a).
Figura 4.2.2a: Drenes subterráneos
Lasparedesdelazanjaseránverticalesoligeramenteinclinadas,salvoendrenestransversalesoenespinadepez,enqueseránadmisibles,inclusoconvenientes,pendientesmásfuertes.Encasosnormales,eltaludmáximonosuperaráelvalor1/5.(H/V)
Si se proyectan colectores longitudinales, puedeaprovecharse la zanja del drenparalaubicacióndeaquellos.Entalcaso,seaconsejaunadisposiciónsimilaralaqueseseñalaenlafigura4.2.2b.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 4.2.2b: Drenes subterráneos
4.2.2.1 La tubería
Condiciones generales
Los tubos serán de material de buena calidad. Los tubos de cerámica o concreto podránproyectarseconjuntasabiertasoperforacionesquepermitanlaentradadeaguaensuinterior.Losdeplástico,dematerialcorrugadoodefibrasbituminosas,deberánirprovistosderanurasuorificiosparaelmismofinqueelseñaladoante-riormente.Losdeconcretoporosopermitiránlaentradadelaguaatravésdesusparedes.
Enlastuberíasconjuntasabiertas,elanchodeestasjuntasoscilaráentre1cmy2cm.Losorificiosdelastuberíasperforadassedispondrán,preferentemente,enlamitadinferiordelasuperficiedeltuboytendránundiámetroentre8mmy10mm.
En lafigura4.2.2.1,se indica ladisposiciónquedebensatisfacer losorificiosdetuberíasperforadasenlamitadinferiordelasuperficiedeltubo.
Hidrología y drenaje
96
Figura 4.2.2.1
Lostubosdeconcretoporosotendránunasuperficiedeabsorciónmínimadel20%delasuperficietotaldeltuboyunacapacidaddeabsorciónmínimade50litros/minutopordecímetrocuadradodesuperficie,bajounacargahidrostáticade1Kg./cm2.
Condiciones mecánicas
Los tubos cerámicos o de concreto tendrán una resistencia mínima, medida en el ensayodelostrespuntosdecarga,de1000Kg./m.
Cuandolostuboshayandeinstalarseenlaverticaldelascargasdeltráfico,sesi-tuarán,comomínimo,alasprofundidadesqueseseñalanenelcuadro4.2.2.2.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Cuadro 4.2.2.2
tipo de tuboProfundidad mínima
Φ= 15 cm. Φ = 30 cm.
Cerámica 50 90Plástico 50 75Concreto 50 75Concreto armado 60Acero corrugado:Espesor 1.37 mmEspesor 1.58 mm 30 30
Φ = diámetro nominal del tubo
Condiciones hidráulicas
Normalmente,lacapacidadhidráulicadeldrenquedalimitadaporlaposibilidaddefiltraciónlateraldelaguaatravésdelmaterialpermeablehacialostubos;lacapa-cidad hidráulica de estos, con los diámetros que se indican más adelante, normal-menteresultasuperioralanecesariaparalasexigenciasdeldrenaje.
Noobstante,siexiste laposibilidaddeconocerelcaudaldedesagüe,puedeha-cerse el cálculo hidráulico de los tubos utilizando la formula Manning u otra análoga de las que rigen el movimiento del agua en cauces abiertos. Se utilizará la tabla de coeficientesderugosidadqueseincluyeacontinuaciónenelcuadro4.2.2.3.
Cuadro 4.2.2.3
tipo de tubo Coeficiente n de rugosidad
De concreto normal y cerámicaCondiciones buenasCondiciones medias
0.0130.015
De concreto porosoCondiciones buenasCondiciones medias
0.0170.021
De plásticoCondiciones buenasCondiciones medias
0.0130.015
De metalCondiciones buenasCondiciones medias
0.0170.021
Hidrología y drenaje
98
Diámetros y pendientes
Losdiámetrosdelostubososcilaránentre10cm.y30cm.Losdiámetroshasta20cm.seránsuficientesparalongitudesinferioresa120m.Paralongitudesmayores,se aumentara la sección. Los diámetros menores, sin bajar de 10 cm., se utilizarán concaudalesypendientespequeños.
Laspendienteslongitudinalesnodebenserinferioresal0.5%yhabrádejustificarsedebidamente lanecesidaddependientesmenores,quenuncaserán inferioresal0.2%.
En talescasos, la tuberíaseasentarásobreunsoladodeconcretoquepermitaasegurarlaperfectasituacióndeltubo.
Lavelocidaddelaguaen lasconduccionesdedrenajeestarácomprendidaentre0.70m/sy4m/s.
4.2.3 Relleno de zanjas
Cuandoelfondodelazanjaseencuentreenterrenoimpermeable,paraevitar laacumulacióndeaguabajolatuberíasepreverálacolocacióndeunacapadema-terial,perfectamenteapisonadoyquepuedeserdelmismoterreno,alrededordeltubo,sinquealcanceelniveldelasperforacionesoseasentarásobreunsoladodeconcreto.Encasodetuberíasconjuntasabiertas,estaspuedencerrarseensutercioinferiorydaralacapaimpermeableelespesorcorrespondiente.
Sielfondodelazanjaseencuentraenterrenopermeable,nosonnecesariaslasanterioresprecauciones.
Lacomposicióngranulométricadelmaterialpermeable,materialfiltro,conelqueserellenelazanjadeldrenrequiereunaatenciónespecial,puesdeelladependesubuen funcionamiento.
Sidneseldiámetrodelelementodesueloofiltrotalquen%desuselementosenpesosonmenoresquedndebencumplirselassiguientescondiciones:
a) Paraimpedirelmovimientodelaspartículasdelsuelohaciaelmaterialfil-trante.
•d15delfiltro/d85delsuelo<5.
•d50delfiltro/d50delsuelo<25.
Enelcasodeterrenonaturaldegranulometríauniforme,sesustituirálapri-merarelaciónpor:
•d15delfiltro/d85delsuelo<4.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
b) Para que el agua alcance fácilmente el dren: d15 delfiltro/d15 del suelo > 5
c) Paraevitarelpeligrodecolmatacióndelostubosporelmaterialfiltro.
•Enlostubosconperforacionescirculares:
d85delfiltro/diámetrodelorificiodeltubo>1.0
•Enlostubosconjuntasabiertas:
d85 delmaterialfiltro/anchodelajunta>1.2
•Enlostubosdeconcretoporoso,sedeberespetarlasiguientecondición:
d85deláridodeldrenporoso/d85delfiltro<5.
Encasodeterrenoscohesivos,ellimitesuperiorparad15 delfiltroseestableceráen0.1mm.Cuandoseapreciso,deberánutilizarseenelproyectodosomásmaterialesdefiltros.Ordenadosestosdesdeelterrenonaturalalatubería,debensatisfacer,cadaunoconrespectoalcontiguo,lascondicionesexigidasanteriormenteentreelmaterialfiltroyelsueloadrenar.Elúltimo,queseráelquerodeaeltubo,deberásatisfacer, además, las condiciones que se han indicado en relación con el ancho de lasjuntasodiámetrodelosorificiosdedichostubos.
Paraimpedircambiosenlacomposicióngranulométricaosegregacionesdelma-terialfiltropormovimientodesusfinos,debeutilizarsematerialdecoeficientedeuniformidad (d60/d10) inferiora20,cuidadosamentecompactado.
Eldrensubterráneoseproyectarácumpliendolasdisposicionesquesedetallanenlafigura4.2.3ay4.2.3.bsegúnseencuentreenterrenopermeableoimpermeableyseannecesariosunoodosmaterialesfiltro.
Figura 4.2.3a: Drenaje subterraneo
Hidrología y drenaje
100
Figura 4.2.3b: Subdren de aguas subterráneas con geotextil
4.2.4 Cajas de registro y buzones
Enlosdreneslongitudinalesseproyectarán,aintervalosregulares,cajasderegistroobuzonesderegistroquepermitancontrolarelbuenfuncionamientodeldrenajeysirvanparaevacuarelaguarecogidaporlatuberíadeldrenauncolectorprincipaloaunacunetasituada,porejemplo,alpiedeunterraplén,aunavaguadanaturaloaotrosdispositivosdedesagüe.
Conindependenciadeloanterior,deberáncolocarsecajasderegistroobuzonesentodos los cambios de alineación de la tubería de drenaje.
La distancia entre dos cajas o buzones consecutivos oscilará en general entre 30 my100mydependerádelapendientelongitudinaldeltuboydesucapacidaddedesagüe,deladisposicióngeneraldeldrenajeydeloselementosnaturalesexis-tentes.
Lasfiguras4.2.4ay4.2.4bsonesquemasdecajasybuzonesderegistroquepue-denservirdeorientaciónparaelproyecto.
Enelcasodesalidalibredelatuberíadedesagüedelacajaderegistrooelbuzónaunacunetaetc.,secuidaráqueelniveldelasalidaquedelosuficientementealtoyconlasproteccionesnecesariasparaimpedirsuaterramiento,inundación,entradade animales, etc.
101
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 4.2.4a: Cajas de registro
Hidrología y drenaje
102
Figura 4.2.4b: Buzón de registro
4.2.5 Investigación del agua freática
Lapresenciadeunnivelfreáticoelevadoexigiráunainvestigacióncuidadosadesuscausasynaturaleza.Deberánpracticarselospozosy/oexploracionesqueseconsi-derenprecisosparafijarlaposicióndelnivelfreáticoy,siesposible,lanaturaleza,origenymovimientosdelaguasubterránea.
Elreconocimientosedebeefectuarfinaldelaépocadelañoenlaque,encondicio-nes normales, alcanzará su máxima altura.
Loscasosquepuedenpresentarseenlaprácticaysutratamientoadecuadosoninnumerables.Algunosdeellosseseñalanenlafigura4.2.5
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 4.2.5: Agua freática
4.2.6 Drenes de intercepción
4.2.6.1 Objeto y clasificación
Seproyectarándrenesdeintersecciónparacortarcorrientessubterráneaseimpe-dir que alcancen las inmediaciones de la carretera.
Porsuposición,seclasificanenlongitudinalesytransversales.
4.2.6.2 Drenes longitudinales
Eldrendeinterseccióndeberáproyectarsecumpliendolascondicionesgeneralesexpuestasanteriormenteparalosdrenesenterrados.
Hidrología y drenaje
104
Elfondodeltubodebequedar,porlomenos,15cm.pordebajodelplanosuperiordelacapaimpermeableorelativamenteimpermeablequesirvedelechoalacorrientesubterránea.Enelcasodequeestacapasearoca,debenextremarselasprecaucio-nesparaevitarquepartedelafiltracióncruceeldrenpordebajodelatubería.
Elcaudaladesaguarpuededeterminarseaforandolacorrientesubterránea.Paraello,seagotaráelaguaqueafluyaalazanjaenquesesituaráeldrenenunalon-gitudytiempodeterminados.
Parainterceptarfiltracioneslateralesqueprocedandeunodelosladosdelacarre-tera,sedispondráunsolodrenlongitudinalenelladodelafiltración.Sinembargo,enelfondodeunvalleoquebrada,dondeelaguapuedaprocederdeamboslados,deberándisponersedosdrenesdeintersección,unoacadaladodelacarretera.Lasfiguras4.2.6.2ay4.2.6.2bsonejemplodedreneslongitudinalesencarreterasamedialaderayentrinchera,respectivamente.
4.2.6.3 Drenes transversales
En carreteras en pendiente, los drenes longitudinales pueden no ser suficientesparainterceptartodoelaguadefiltración.
Enestoscasos,seinstalarándrenesinterceptorestransversalesnormalesalejedelacarreteraoundrenajeenespinadepez.
Ladistanciaentredrenesinterceptorestransversalesserá,portérminomedio,de20ma25m.Eldrenajeenespinadepezseproyectarádeacuerdoconlassiguientescondiciones(figura4.2.6.3a).
a) Elejedelasespinasformaráconelejedelacarreteraunángulode60º.
b) Lasespinasestaránconstituidasporunazanjasituadabajoelniveldelplanosuperiordelaexplanada.
c) Susparedesseráninclinadascontaludaproximadode1/2pararepartirelposibleasientodiferencialalmáximo.
d) Laszanjasserellenarándematerialfiltro.
e) Lasespinasllevaránunacunadeconcretodebajaresistenciaoarcillaunidaal solado del dren longitudinal.
f) Lasespinasconsecutivassesituaránadistanciasvariablesquedependerándelanaturalezadelsueloquecomponelaexplanada.Dichasdistanciasestaráncom-prendidasentre6mparasuelosmuyarcillososy28mparasuelosarenosos.
Conindependenciadelapendientelongitudinaldelacarretera,serecomiendautili-zardrenesenespinadepezalpasardecortecerrado(trinchera)aterraplén,comoproteccióndeestecontra lasaguas infiltradasprocedentesde la trinchera (cortecerrado) (Figura 4.2.6.3b).
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
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Hidrología y drenaje
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Secciónencorteyrellenoamedialadera
107
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 4.2.6.3a: Drenes de intercepción transversales
ACOTAC IONES EN METROS
Hidrología y drenaje
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Figura 4.2.6.3b: Drenes de intercepción transversales
4.2.7 Drenaje del afirmado
Salvoenelcasodecarreterasenterrenospermeables,eldrenajedelacapaper-meableconstituidaporelafirmado,puedeproyectarsetantomediantedrenesente-rradoscomoprolongandolacapapermeablehastalostaludesdelosterraplenesacunetas.Además,debendarsependientestransversalesmínimasalasubrasante.
4.2.8 Casos especiales
4.2.8.1 Protección del suelo de la explanación contra el agua libre en terreno de elevado nivel freático, llano y sin desagüe
Cuandohayaqueconstruirunacarreteraenterrenollanoyconelevadonivelfreáti-co,seestudiaráelrebajamientodelanapafreática,pudiéndoseutilizaralternativa-mentemétodoscomozanjaslaterales,drenesenterrados,etc.Sinoexistieraposi-bilidaddedesaguarelsistemadedrenaje,seproyectaráenterraplénmásalto.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Para laeleccióndelmaterialdel terraplén,se tendráencuentaquesuhumedaddeequilibriodebedisminuirrápidamenteconladistanciaalnivelfreáticoyqueelterraplénhadeconstruirsesobreunterrenosaturadodeagua,sincapacidadpararesistiresfuerzosdecompactaciónelevados.
Lanecesidaddeprotegerel terraplénmediante la colocacióndemembranasbi-tuminosasuhojasdeplástico,tratandosusuperficieconsustanciashidrófobasoutilizandogeotextiles,geomembranasoadoptandodisposicionesanálogasalain-dicadaenlasfiguras4.2.8.1ay4.2.8.1b,dependerádelanaturalezayestadodelterrenoydelmaterialdisponibleparalaconstruccióndelterraplén.
4.2.8.2 Protección del suelo de explanación situado bajo la calzada contra los movimientos capilares del agua
Lasdiferenciasdehumedadenelsuelobajolacalzadaybajolasbermas,facilitanlosmovimientoscapilaresydisminuyensucapacidadresistentealaumentarelcon-tenido de humedad del suelo de la subrasante bajo la calzada.
Paraevitarestadisminución,lasfisuracionesdelsueloylosasientosdiferencialesquecondichoaumentodehumedadpuedenproducirse,debenutilizarsealgunadelassiguientestécnicas:
• Impermeabilizarlascalzadasylasbermas.
• Establecerunamembranaimpermeablequeimpidaelmovimientodelaguacapilar,situándolaenunplanomásomenosverticalbajolasbordesdelacalzada.
• Construirzanjasanticapilaresbajolosbordesdelacalzada.
Tantolamembranaimpermeablecomalaszanjasanticapilaresdeberánejecutarsehastaunaprofundidadde1,20mbajolasuperficiedelasbermas.Puedenutilizarsecomozanjasanticapilareslasqueseproyectenparaeldrenajedelafirmado,cui-dandodequeelmaterialfiltrorompalacontinuidadenfaselíquidaentreelaguasituadaaunladoyotrodelamisma.
4.2.8.3 Capa drenante
Cuandoseelevael terrapléndelacarreterasobreunterrenosaturadoconaguaparaevitarqueporcapilaridadelaguapuedasubiratravésdelterraplénhastalasuperficiederodadura,debecolocarseunacapadematerialdrenanteconstituidaporgravasy/oarenas.
Lacapaestarásobreelniveldereferenciamásaltodelanapafreáticadelterrenoyservirádeanticontaminantepararomperlacapilaridadydrenarlaplataformalate-ralmente.Serecomiendaunespesormínimode0.30m.
Hidrología y drenaje
110
Figura 4.2.8.1a: Protección del terraplén
111
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Capítulo 5
GEOLOGÍA, SUELOS Y CAPASDE REVESTIMIENTO GRANULAR
Hidrología y drenaje
112
113
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
GEOLOGÍA, SUELOS Y CAPAS DE REVESTIMIENTO GRANULAR
5.1 Geología
Las carreteras de bajo volumen de tránsito se estructuran como carreteras de bajo costo. Consecuentemente, tienen alineamientos de diseño que evitan excesivosmovimientosdetierra,considerandoestructurasyobrasdearte,porlogeneraldi-señadasparaperíodosdevidaútil,decortoymedianoplazo;concapasderevesti-mientogranularafirmadosy,engeneral,concaracterísticasquedisturbanlomenosposiblelanaturalezadelterreno.
Con estos requerimientos básicos, los estudios de geología incluirán un diagnóstico quecomprendaconsultasalospobladores,alaautoridadvialcompetenteyasupersonaltécnico.Asimismo,unreconocimientoeinspeccióndecamposiguiendoeltrazoprobabledelejedelacarreteraparadetectarocertificarlapresenciaototalausenciadeproblemasgeológicosactivosenlarutay/oeneltramovialmateriadeestudio,quepudieranenalgúncasoafectarenalgolascaracterísticasdelproyecto.Éstosson inestabilidadde taludes, fallas localizadaspor lasquesefiltraelaguade lluviashaciael subsuelo, presenciadeafloramientosdeaguassubterráneas,erosionesporacciónde losríos, inclinaciónde losárbolesen las laderas,zonasde caídas de rocas sobre la carretera existente, el sentido de las formaciones roco-sasquepodríandesestabilizarseyotrosproblemasdenaturalezageodinámicaqueocasionenfallasenlaplataformaytaludesdelacarretera.
El estudio determinará las características geológicas del terreno a lo largo del trazo definitivoydelasfuentesdemateriales(canteras),definiendolasunidadesestrati-gráficasconsiderandolascaracterísticasgeológicasmásdestacadastantoderocascomodesuelosyelgradodesensibilidadolapérdidadeestabilidadenrelaciónala obra a construir.
Asimismo,sedeterminarálageomorfologíaregionalyarealdefiniendolosaspectosprincipalesdeinterésgeotécnico:
a) Topografía(plana,ondulada,montañosa,etc.)
b) Unidadesgeomorfológicasarealesylocales(terrazafluvial,conoidealuvio-nal,terrazamarina,duna,pantano,quebradas,taludes,laderas,etc.)
c) Materialescomponentesdeltaluddecorte(Clasificacióndemateriales)
Hidrología y drenaje
114
d) Materialesconstituyentesdelsuelo(grava,arena,arcilla,etc.)diferenciándo-los entretransportadosynotransportados.
e) Litologíadominantedematerialestransportados.
Elestudiogeológicodebeserdeextensiónyalcancelocalyserádesarrolladafun-damentalmentesobrelabasedelreconocimientodecampoycomplementadacondo-cumentosdeconsulta,comoinformacióntécnicageneralpublicadaporelINGEMETanivelregional,mapasgeológicos,topográficosoderestituciónfotogramétrica.
5.2 Estabilidad de taludes
Elproyectistarealizaráunaevaluacióngeneraldelaestabilidaddelostaludesexis-tentes sobre la basedeun recorridominuciosode la carretera e identificará lostaludescríticososusceptiblesdeinestabilidad.Enestecasosedeterminarálain-clinacióndelostaludesdefiniendolarelaciónH:Vdediseño(seconsiderarálosparámetrosobtenidosdeensayosycálculosotomandoencuenta laexperienciadelcomportamientodelostaludesdecorteinsituy/oejecutadosenrocasosuelosdenaturalezaycaracterísticasgeológicas,geotécnicassimilaresquesemantienenestables ante condiciones ambientales semejantes).
Lostaludesdecortedependerándelanaturalezadelterrenoydesuestabilidad,pudiendoutilizarse(amodoreferencial)lasrelacionesdecorteentaludsiguienteslosquesonapropiadosparalostiposdemateriales(rocasysuelos)indicadosenel cuadro 5.2.1
Cuadro 5.2.1: Taludes de corte
Clase de terrenotalud (v: H)
H < 5 5 < H < 10 H >10
Roca fija 10 : 1 (*) (**)
Roca suelta 6 : 1 - 4 : 1 (*) (**)
Conglomerados cementados 4 : 1 (*) (**)
Suelos consolidados compactos 4 : 1 (*) (**)
Conglomerados comunes 3 : 1 (*) (**)
Tierra compacta 2 : 1 - 1 : 1 (*) (**)
Tierra suelta 1 : 1 (*) (**)
Arenas sueltas 1 : 2 (*) (**)
Zonas blandas con abundante arcillas o zonas humedecidas por filtraciones
1 : 2 hasta 1 : 3 (*) (**)
(*) Requiere banqueta o análisis de estabilidad
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Lostaludesderelleno,igualmente,estaránenfuncióndelosmaterialesempleados,pudiendoutilizarse(amododetaludesderellenoreferenciales)lossiguientestaludesquesonapropiadosparalostiposdematerialincluidosenelsiguientecuadro:
Cuadro 5.2.2 : Taludes de relleno
materialestalud ( v : H )
H < 5 5 < H <10 H >10
Enrocado 1 : 1 (*) (**)
Suelos diversos compactados (mayoría de suelos) 1 : 1.5 (*) (**)
Arena compactada 1 : 2 (*) (**)
(*) Requiere banqueta o análisis de estabilidad
Paracontrolarlossectorescontaludesinestablesenestetipodecasos,sediseña-ránsolucionesdebajocostoparalocualelproyectistaevaluaráydefinirásolucio-nes mediante:
i) Métodos físicos como zanjas de coronación (establecer el tipo y caracte-rísticas,sies revestidoono tipode revestimiento),subdrenaje (el tipodeestructura,sipresentageotextilseestaríaenuncasoquecontravienelosprincipiosdel tipodecarreteramateriadeevaluación),muros (especificareltipodemuros),gaviones(enquecasosespecíficosdebidoasuelevadocostorespectivoaotrotipodeestructuras),etc.
ii) Métodosderevegetaciónempleandovegetación“natural”económicayesté-tica,quegenerenlacoberturaalterrenoeincrementenlaresistenciaporlaprofundidaddelasraíces.Esidealqueparalaestabilizacióndetaludes,seseleccione lavegetación,porsuspropiedadesdecrecimiento, resistencia,coberturadensadelterrenoyraícesprofundas.Preferentemente,sedebenusarlasespecieslocalesnativasquetenganlaspropiedades(debidamentedemostradasconejemplospalmariosenlazonaoáreadeinfluencia)antesmencionadas.
iii) Encasonecesario,(parasectorescríticosomuycríticos,previaejecucióndeunestudiogeotécnicodeextensiónyalcancelocal)paralogrartaludesestables,sepropondránmedidasfísicasybiotécnicasdeestabilizacióndetaludes(productodelestudiogeotécnico)talescomoestructurasdeconten-ción,contrafuertes,drenajeysubdrenaje,capasdevegetación,mantasconsemillas (biomantas) y vegetación. Lasestructuras de contenciónpuedenestarformadasporenrocadosuelto(murossecos),gavionesomurosdetie-rra estabilizada mecánicamente (sistema de tierra reforzada o tierra armada, estetipodemedidasnocontravendríaconloestablecidocomobajocosto).A
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
116
continuaciónsepresentansecciones,perfilesygráficostípicosdemurosdesostenimientodemamposteríadepiedra,murosdeconcretociclópeo,etc.
Lasfiguras5.2.1á5.2.9ilustrandiversasformasdetratamientoparalaestabiliza-cióndetaludesyproteccióndelaplataformadelacarretera.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
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Geología, suelos y capas de revestimiento granular
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Figura 5.2.2: Opciones de diseño de secciones típicas
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Geología, suelos y capas de revestimiento granular
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Figura 5.2.6: Sección típica de terraplén en terreno plano
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 5.2.7: Muros de sostenimiento de concreto ciclopeo
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
124
Figura 5.2.8: Tipos de muros de sostenimiento usuales
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 5.2.9: Explanación de tierra armada
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
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5.3 Suelos y capas de revestimiento granular
Lascarreterasporsuscapassuperioresysuperficiederodadurapuedenserclasi-ficadoscomosigue:
i) Con superficie de rodadura no pavimentada
a) Carreteras de tierra constituidas por suelo natural ymejorado congravaseleccionadaporzarandeo.
b) Carreterasgravosasconstituidasporunacapaderevestimientoconmaterial natural pétreo sin procesar, seleccionadomanualmente oporzarandeo,detamañomáximode75mm.
c) Carreterasafirmadasconstituidasporunacapaderevestimientoconmaterialesdecantera,dosificadasnaturalmenteopormediosmecá-nicos(zarandeo),conunadosificaciónespecificada,compuestaporunacombinaciónapropiadadetrestamañosotiposdematerial:pie-dra,arenayfinosoarcilla,siendoeltamañomáximo25mm.
c.1afirmadoscongravasnaturalesozarandeadas.
c.2afirmadoscongravashomogenizadasmediantechancado.
d) Carreterasconsuperficiederodaduraestabilizadaconmaterialesin-dustriales:
d.1Afirmadoscongravaconsuperficieestabilizadaconmaterialescomo:asfalto(imprimaciónreforzada),cemento,cal,aditivosquími-cosyotros.
d.2Suelosnaturalesestabilizadoscon:materialgranularyfinosligantes,asfalto(imprimaciónreforzada),cemento,cal,aditivosquímicosyotros.
ii) Con superficie de rodadura pavimentada (No aplicable a este manual)
e) Pavimentosdeadoquinesdeconcreto;
f) Pavimentosflexibles:
f.1Concapasgranulares(subbaseybasedrenantes)yunasuperficiebituminosadeespesordehasta25mm(tratamientosuperficialbicapa).
f.2Concapasgranulares(subbaseybasedrenantes)yunacapabituminosadeespesorvariable>25mm(carpetasasfálticas).
g) Pavimentossemirígidos,conformadosconsolocapasasfálticas(fulldepth).
h) Pavimentos rígidos,conformadopor losadeconcretohidráulicodecemento Portland.
Paralospropósitosdeéstemanual,sonaplicablesalascarreterasdebajovolumendetránsito,nopavimentados,lostiposa,b,cyd.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Elmanual considera soluciones estructurales conmateriales tradicionales cuyaspropiedadesmecánicasycomportamientosonconocidosyestánconsideradosenlas EspecificacionesTécnicasGenerales para la Construcción deCarreteras deBajoVolumendeTránsito.Tambiénformanpartedeestanormalasestabilizacionesymejoramientosdesuelosdelasubrasanteodelascapasderevestimientogranular.ParalaestabilizaciónquímicadelossuelosseutilizarálaNormaTécnicadeEsta-bilizadores Químicos MTC E 1109-2004.
Enelfuncionamientoestructuraldelascapasderevestimientogranularinfluyeeltipodesuelodelasubrasante,elnúmerototaldelosvehículospesadospordíaoduranteelperíododediseño, incluido lascargasporejey lapresióndelosneu-máticos.Lademanda,medidaenEEoporvehículospesados,esparticularmenteimportanteparaciertostiposdecarreterasdebajovolumenperoquepudieranteneraltoporcentajedevehículospesados,comolosqueseconstruyenparapropósitosespecialescomoelmineroyforestal(extraccióndemadera).
5.3.1 Tráfico
Desdeelpuntodevistadeldiseñodelacapaderodadurasólotieneninteréslosve-hículospesados(busesycamiones),considerandocomotalesaquelloscuyopesobrutoexcedede2.5tn.Elrestodelosvehículosquepuedancircularconunpesoinferior(motocicletas,automóvilesycamionetas)provocanunefectomínimosobrelacapaderodadura,porloquenosetienenencuentaensucálculo.
Eltráficoproyectadoalañohorizonte,seclasificarásegúnlosiguiente:
CLASE t0 t1 t2 t3
IMDA (Total vehículos ambos sentidos) <15 16 - 50 51 - 100 101 - 200
Vehículos pesados (carril de diseño) <6 6 - 15 16 - 28 29 - 56
N° Rep. EE (carril de diseño) < 2.5 x 104 2.6x104–7.8x104 7.9x104- 1.5x105 1.6x105 -3.1x105
Para laobtenciónde laclasede tráficoquecirculaparael tramoenestudio,serealizará lo siguiente:
a) Identificacióndesubtramoshomogéneosdelademanda.
b) Conteosdetráficoenubicacionesacordadasconlaentidadyporunperíodomínimo de 3 días (1 día de semana+sábado+domingo), de una semana que
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
128
hayasidodecirculaciónnormal.Losconteosseránvolumétricosyclasifica-dosportipodevehículo.
c) Elestudiopodrásercomplementadoconinformacióndevariacionesmen-suales,provenientedeestacionesdeconteoy/opesajedelMTCcercanasal tramoenestudioquesea representativode lavariaciónde tránsitodelproyecto.
d) Conlosdatosobtenidossedeterminaráelnúmerodevehículos(IMDA)ylacantidaddepesados(buses+camiones)paraelcarrildediseño,suficientesparadefinirlaclasetipodetráfico.Noobstante,seránecesarioobtenerelnúmeroderepeticionesdeEjesEquivalentes(EE)paraelperíododedise-ño.
e El concepto deEE corresponde a la unidad normalizada por laAASHTOquerepresentaeldeterioroquecausaenlacapaderodaduraunejesimplecargadocon8,16toneladas.Paraelcálculodelosfactoresdestructivosporejeequivalentecalculados,setomaencuentaelcriteriosimplificadodelametodologíaAASHTO,aplicandolassiguientesrelaciones:
tipo de eje Eje equivalente EE 8.2tn
Eje simples de rueda simples [P/6.6]4
Eje simple de rueda doble [P/8.16]4
Eje tandem de rueda doble [P/15.1]4
Eje tridem de rueda doble [P/22.9]4
P=pesoporejeentoneladas
Tambiénseconsideraráunfactordeajusteporpresióndeneumáticos,detalma-neradecomputarelefectoadicionaldedeteriorodelosafirmados.Esteefectoseincrementamásparaelcasodelascapasderevestimientogranularenalturadondelabajapresiónatmosféricageneraunaumentodelapresióninternadelneumático,reduciendosuáreadecontactoyaumentandolapresiónsobrelacapaderodadura.ParaevitaresteefectoenelcálculodelosEE,lasllantasdeberíantenerunapre-siónmáximade80psipulg2.
ParaelcálculodeEEde8.2t,seusarálassiguientesexpresionesportipodevehí-culopesado.Elresultadofinalserálasumatoriadelostiposdevehículospesadosconsiderados:
Nrep de EE 8.2t= Σ [EEdía-carril x 365 x (1+t)n-1] / (t)
EEdía-carril = EE x Factor Direccional x factor carril
EE = de vehículos según tipo x factor de carga x factor de presión de llantas
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Donde:
Nrep de EE 8.2t = Número de repeticiones de ejes equivalentes de8.2t.
EEdía-carril =Ejesequivalentespordíaparaelcarrildediseño.
365 =Númerodedíasdelaño.
t =tasadeproyeccióndeltráfico,encentésimas.
EE = Ejes Equivalentes.
Factor direccional = 0.5, corresponde a carreteras de dos direccionesporcalzada.
Factor carril =1,correspondeauncarrilpordirecciónosentido.
Factor de presión de llantas=1,estevalorseestimaparalosCBVTyconcapaderevestimiento granular.
f) Comoreferenciadelcálculosepresentalatablasiguiente,paraperíodosde5y10años:
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
130
5.3.2 Subrasante
Lasubrasanteeslacapasuperficialdeterrenonatural.Paraconstruccióndecarre-terasseanalizaráhasta0.45mdeespesor,ypararehabilitaciónlosúltimos0.20m.
Sucapacidaddesoporteencondicionesdeservicio,juntoconeltránsitoylasca-racterísticasdelosmaterialesdeconstruccióndelasuperficiederodadura,consti-tuyenlasvariablesbásicasparaeldiseñodelafirmado,quesecolocaráencima.
Seidentificaráncincocategoríasdesubrasante:
S0:Subrasantemuypobre CBR<3%S1:Subrasantepobre CBR = 3% - 5%
S2 : Subrasante regular CBR = 6 - 10%
S3 : Subrasante buena CBR = 11 - 19%S4:Subrasantemuybuena CBR > 20%
SeconsideraráncomomaterialesaptosparalacoronacióndelasubrasantesuelosconCBRigualomayorde6%.Encasodesermenor,seprocederáaeliminaresacapadematerialinadecuadoysecolocaráunmaterialgranularconCBRmayora6%;parasuestabilización.Laprofundidadmínimaespecificadadeestacapafiguraenelcatálogodeestructurasdecapasgranularesquesepresentamásadelante.Igualmenteseestabilizaránlaszonashúmedaslocalesyáreasblandas.Sobrelasubrasantenaturalsecolocaráunacapadearenadeespesor20cmmínimoysobreella,seañadiráunacapadeespesormínimode0.30mdematerialgruesorocosoodepiedrasgrandes.
Lasuperficiede lasubrasantedebequedarencimadelnivelde lanapa freáticacomomínimoa0.60mcuandosetratedeunasubrasantemuybuenaybuena;a0.80mcuandosetratedeunasubrasanteregular;a1.00mcuandosetratedeunasubrasantepobreya1.20mcuandosetratedeunasubrasantemuypobre.Encasonecesario,secolocaránsubdrenesocapasanticontaminantesy/odrenantesoseelevará la rasante hasta el nivel necesario.
Lossubdrenesparaprotegerlacapadelafirmadoseproyectaráncuandolasubra-santenoestéconstituidapormaterialpermeableycuandolascapasderodaduranopuedandrenaradecuadamente.Lossubdrenesqueseproyectenparainterceptarfiltracionesopararebajarelnivelfreáticoelevado,puedenutilizarsetambiénparadrenarelafirmado.
En zonas sobre los 3 500 msnm, se evaluará la acción de las heladas en los suelos. Engeneral,laaccióndecongelamientoestáasociadaconlaprofundidaddelanapa
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
freáticaylasusceptibilidaddelsueloalcongelamiento.Sílaprofundidaddelanapafreáticaesmayoralaindicadaanteriormente(1,20m),laaccióndecongelamientonollegaráalacapasuperiordelasubrasante.Enelcasodepresentarseenlacapasuperiordelasubrasante(0,30m–0,45m)suelossusceptiblesalcongelamiento,sereemplazaráestesueloenelespesorindicadooselevantarálarasanteconunrellenogranularadecuado,hastaelnivelnecesario.Sonsuelossusceptiblesalcon-gelamiento, los suelos limosos. Igualmente los suelos que contienen más del 3% de supesodeunmaterialdetamañoinferiora0,02mm,conexcepcióndelasarenasfinasuniformesqueaunquecontienenhastael10%dematerialesdetamañoinfe-rioralos0,02mm,nosonsusceptiblesalcongelamiento.Engeneral,sonsuelosnosusceptibleslosquecontienenmenosdel3%desupesodeunmaterialdetamañoinferior a 0,02mm.
Paraefectosdeldiseñodelafirmadotambiénsedefiniránsectoreshomogéneosalo largo de cada uno de ellos, donde las características del material de subrasante seidentificancomouniforme.Dichauniformidadseestablecerásobrelabasedelestudiodel suelo yde ser necesario, la realizacióndelmuestreo.El procesodesectorizaciónrequieredeanálisisycriteriodelespecialista.
Paralaidentificacióndesectoreshomogéneosseanalizarálosiguiente:
i) Reconocimiento:
Enestaetapaseefectúaunprocesode inspecciónvisual,se identificanasenta-mientos,deslizamientos,etc.quepuedanseratribuidosafactoresgeotécnicosyseestablece,enprimeraaproximación,lascausasquelamotivaron.
Elreconocimientovisualdesuelosyrocasdebecomplementarseconlaobserva-cióndeotrascaracterísticasdelterrenoyqueayudanadefinirlaspropiedadesdeeste,comotopografía,geomorfología,vegetación,zonashúmedasocursosnatura-lesdeaguay,sobretodo,lostaludesdecortesexistentespróximosaltramo.
ii) Diagnóstico:
Síel reconocimientodel terrenopermitesuclasificación inmediata,puedenreali-zarsealgunascalicatasdecomprobacióncada500mylosensayosconfirmatorios.Casocontrario,síenelterrenosedetectarasunaturalezaproblemática,sedeberáestablecerunprogramademuestreosyensayoscomoseindicaacontinuación.
iii) Programa de prospecciones y ensayos a realizar:
Seestableceráunaestrategiaparaefectuarelprogramaexploratorioy,apartirdeello,seordenarálatomadelasmuestrasnecesariasdecadaperforación,demane-radepoderevaluaraquellascaracterísticasquesiendodeterminantesensucom-portamiento,resultendesencillaeindiscutibledeterminación.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
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Laspropiedadesfundamentalesatomarencuentason:
a) Granulometría: Apartirde lacualsepuedeestimar,conmayoromenoraproximación,lasdemáspropiedadesquepudieraninteresar.
Elanálisisgranulométricodeunsuelotieneporfinalidaddeterminarlapro-porcióndesusdiferenteselementosconstituyentes,clasificadosenfuncióndesutamaño.
Deacuerdoaltamañodelaspartículasdesuelo,sedefinenlossiguientestérminos:
tipo de material tamaño de las partículas
Grava 75 mm – 2 mm
ArenaArena gruesa: 2 mm – 0.2 mm
Arena fina: 0.2 mm – 0.05 mm
Limo 0.05 mm – 0.005 mm
Arcilla Menor a 0.005 mm
b) La plasticidad:nodeloselementosgruesosquecontiene,sinoúnicamentedesuselementosfinos.ElanálisisgranulométriconopermiteapreciarestacaracterísticaporloqueesnecesariodeterminarlosLímitesdeAtterberg.
Atravésdeestemétodo,sedefinenloslímitescorrespondientesalostresestadosenloscualespuedepresentarseunsuelo:líquido,plásticoosólido.Estos límites, llamados límites de Atterberg, son: el límite líquido (LL) de-terminaciónsegúnnormaMTCE110,ellímiteplástico(LP)determinaciónsegúnnormaMTCE111yellímitedecontracción(LC)determinaciónnormaMTC E 112.
AdemásdelLLydelLP,unacaracterísticaaobtenereselÍndicedeplastici-dadIPquesedefinecomoladiferenciaentreLLyLP:
IP = LL – LP
Elíndicedeplasticidadpermiteclasificarbastantebienunsuelo.UnIPgran-decorrespondeaunsuelomuyarcilloso.Porelcontrario,unIPpequeñoescaracterísticodeunsuelopocoarcilloso.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Sobretodoestosepuededarlaclasificaciónsiguiente:
Índice de plasticidad Característica
IP > 20 suelos muy arcillosos
20 > IP > 10 suelos arcillosos
10 > IP > 4 suelos poco arcillosos
IP = 0 suelos exentos de arcilla
Se debe tener en cuenta que, en un suelo el contenido de arcilla, es el ele-mentomáspeligrosodeunacarretera,debidosobretodoasugransensibi-lidad al agua.
c) Equivalente de arena: Es un ensayo que da resultados parecidos a losobtenidos mediante la determinación de los límites de Atterberg, aunque me-nospreciso.Tienelaventajadesermuyrápidoyfácildeefectuar,segúnlanorma MTC E 114.
ElvalordeEAesunindicativodelaplasticidaddelsuelo:
Equivalente de arena Característica
sí EA > 40 El suelo no es plástico, es de arena
Sí 40 > EA > 20 El suelo es poco plástico y no heladizo
sí EA < 20 El suelo es plástico y arcilloso
d) Índice de grupo:EsuníndiceadoptadoporAASHTOdeusocorrienteparaclasificarsuelos,estábasadoengranparteen los límitesdeAtterberg.Elíndicedegrupodeunsuelosedefinemediantelaformula:
IG = 0.2 (a) + 0.005 (ac) + 0.01(bd)
Donde:
a= F-35(F=Fraccióndelporcentajequepasaeltamiz200-74micras).Expresadoporunnúmeroenteropositivocomprendidoentre1y40.
b= F-15(F=Fraccióndelporcentajequepasaeltamiz200-74micras).Expresadoporunnúmeroenteropositivocomprendidoentre1y40.
c= LL–40(LL=límitelíquido).Expresadoporunnúmeroenterocom-prendidoentre0y20.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
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d= IP-10(IP= índiceplástico).Expresadoporunnúmeroenterocom-prendidoentre0y20omás.
Elíndicedegrupoesunvalorenteropositivo,comprendidoentre0y20omás.CuandoelIGcalculadoesnegativo,sereportacomocero.Uníndicecerosignificaunsuelomuybuenoyuníndiceigualomayora20,unsuelonoutilizableparacarreteras.
Si el suelo de subrasante tiene:
Índice de grupo Suelo de subrasante
IG > 9 Muy pobre
IG está entre 4 a 9 Pobre
IG está entre 2 a 4 Regular
IG está entre 1 – 2 Bueno
IG está entre 0 – 1 Muy bueno
e) Humedad natural: Otracaracterística importantede lossuelosessuhu-medadnaturalpueslaresistenciadelossuelosdesubrasante,enespecialde los finos, se encuentra directamente asociada con las condiciones dehumedadydensidadqueestossuelospresenten.Sedeterminarámediantela norma MTC E 108.
Ladeterminacióndelahumedadnaturalpermitirácompararconlahumedadóptima que se obtendrá en los ensayos proctor para obtener elCBR delsuelo.Sí lahumedadnatural resulta igualo inferiora lahumedadóptima,elespecialistapropondrá lacompactaciónnormaldelsueloyelaportedela cantidad conveniente de agua. Si la humedad natural es superior a lahumedadóptimay,segúnlasaturacióndelsuelo,sepropondráaumentarlaenergíadecompactación,airearelsuelooreemplazarelmaterialsaturado.
f) Clasificación de los suelos: Determinadas las características de los sue-los,segúnlosacápitesanteriores,sepodráestimarconsuficienteaproxima-ciónelcomportamientodelossuelos,especialmenteconelconocimientodelagranulometría,plasticidadeíndicedegrupoy,luegoclasificarlossuelos.
Laclasificaciónde lossuelosseefectuarábajoelsistemamostradoenelcuadro5.3.2.1.Estaclasificaciónpermitepredecirelcomportamientoaproxi-mado de los suelos que contribuirá a delimitar los sectores homogéneosdesdeelpuntodevistageotécnico.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Acontinuaciónsepresentaunacorrelacióndelosdossistemasdeclasifica-ciónmásdifundido,AASHTOyASTM:
Clasificación de suelos AASHtO Clasificación de suelos AStm
A-1-a GW, GP, GM, SW, SP, SM
A-1-b GM, GP, SM, SP
A – 2 GM, GC, SM, SC
A – 3 SP
A – 4 CL, ML
A – 5 ML, MH, CH
A – 6 CL, CH
A – 7 OH, MH, CH
Fuente:USArmyCorpsofEngineers
g. Ensayos CBR: UnavezquesehayanclasificadolossuelosporelsistemaAASHTOparacarreterascontránsitomayora100vehículospordía,seela-boraráunperfilestratigráficoparacadasectorhomogéneoapartirdelcualsedeterminarálossuelosquecontrolaráneldiseñoyseestableceráelpro-gramadeensayosy/ocorrelacionesparaestablecerelCBRqueeselvalorsoporteoresistenciadelsuelo,referidoal95%delaMDS(Máximadensidadseca)yaunapenetracióndecargade2.54mm.
Dadalavariabilidadquepresentanlossuelos(aúndentrodeunmismogru-podesuelosyenunsectorhomogéneo),asícomo los resultadosde losensayos deCBR (valor soporte del suelo), se efectuará unmínimo de 6ensayosdeCBRporsectorhomogéneodelsuelo,conelfindeaplicaruncri-terioestadísticoparalaseleccióndeunvalorúnicodesoportedelsuelo.Encasodequeenundeterminadosectorsepresenteunagranheterogeneidadenlossuelosdesubrasantequenopermitedefinirunocomopredominante,eldiseñosebasaráenelsuelomásdébilqueseencuentre.
ElvalordelCBRdediseñoporsectorhomogéneo,sedeterminarásegúnlosiguiente:
• SielsectorhomogéneopresentaparaelperíododediseñounnúmeroderepeticionesdeEE8.2ton.,menorde1x105,elCBRdediseñoseráaquelquerepresentealpercentil60%delosvaloresdeCBR.
• SielsectorhomogéneopresentaunnúmeroderepeticionesdeEE8.2ton., entre 1 x 105y1x106:elCBRdediseñoseráaquelquerepresentealpercentil75%delosvaloresdeCBR.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
136
iv) UnavezdefinidoelvalordelCBRdediseñoparacadasectordecaracterís-ticashomogéneas,seclasificaráaquecategoríadesubrasanteperteneceelsector o subtramo.
En resumen:
1. Deberá identificarse los tramoshomogéneos con una longitudmínimade1500m,clasificarelmaterialdesubrasanteydefinirelCBRdediseño.Enlospuntoscríticos,siloshubiera,seefectuarántrabajosespecialesnecesariosparadefinirsusolución.
2. SedeterminaráelvolumendeEjesEquivalentes(EE)quesoportaráelafir-mado,duranteleperíododediseñoescogido.
3. Seescogeráeldiseñodelafirmado,entrelasalternativasdelcatálogoad-junto,quecorrespondaaunasoluciónque,enrazóndelosmaterialesylatecnologíadisponibles,signifiqueunmenorcostodeconstrucción.
137
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Cua
dro
5.3.
2.1:
Cla
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n. 35
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máx.
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máx.
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máx.
40
mín.
10
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30
mín.
40
mín.
10IP
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Índice
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00
0má
x. 4
máx.
4má
x. 8
máx.
12má
x. 16
máx.
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x. 20
Tipo d
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mo su
bras
ante
De ex
cede
nte a
buen
oDe
pasa
ble a
malo
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
138
Cuadro 5.3.2.2: Signos convencionales para perfil de calicatas
SUELOS
A–1-a A–5
A–1-b A–6
A–3 A–7–5
A–2–4 A–7–6
A–2–5 MATERIA ORGÁNICA
A–2–6 ROCASANA
A–2–7 ROCA DESINTEGRADA
139
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
5.4 Catálogo estructural de superficie de rodadura
ParaeldimensionamientodelosespesoresdelacapadeafirmadoseadoptócomorepresentativalasiguienteecuacióndelmétodoNAASRA,(NationalAssociationofAustralianStateRoadAuthorities,hoyAUSTROADS)querelacionaelvalorsoportedelsuelo (CBR)y lacargaactuantesobreelafirmado,expresadaennúmeroderepeticionesdeEE:
e = [219 – 211 x (log10CBR) + 58 x (log10CBR)2] x log10 x (Nrep/120)
Donde:
e =espesordelacapadeafirmadoenmm.
CBR = valor del CBR de la subrasante.
Nrep =númeroderepeticionesdeEEparaelcarrildediseño.
Fuente:ElaboraciónenbasealaecuacióndediseñodelmétodoNAASRA.
Sinserunalimitación,enéstemanualdediseñoseincluyecatálogosdeseccionesdecapasgranularesderodaduraparacadatipodetráficoydesubrasante.Estoshan sido elaborados en función de la ecuación indicada.
Elespesortotaldeterminado,estácompuestoporunacapadeafirmado(veracápite5.5.1),por lagranulometríadelmaterialyaspectosconstructivos,elespesorde lacapadeafirmadonoserámenorde150mm.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
140
Entodocaso,sepodránajustarlasseccionesdeafirmadoenfuncióndelascondi-cionesyexperienciaslocales,paralocual:
• Seanalizarálascondicionesdelasubrasantenatural,lacalidaddelosma-terialesdelascanteras, lademandaespecíficadetráficoeneltramoysedecidiráelespesornecesariodelanuevaestructuradelacapagranularderodadura.
• Encasodequeel tramotengayaunacapadeafirmado,seaprovecharáelaporteestructuralde lacapaexistente.Sólosecolocaráelespesordeafirmadonecesarioparacompletarelespesortotalobtenidosegúnlameto-dologíadediseñoempleada.Esteespesorcomplementarionoserámenora100mm.Elnuevomaterialdeafirmadosemezclaráconelexistentehastahomogenizarloyconformarlanuevacapadeafirmado,debidamenteperfila-daycompactada.
• Paracarreterasdemuybajovolumendetránsito,menora50,seestudiarányanalizarándiferentesalternativasconstructivasdecapasgranulares,inclu-yendomacadamgranular,yestabilizacióncongravas.
• Enelcasodenohaberdisponibilidadesdegravasdefácilusoadistanciaseconómicamente razonables, se podrá recurrir a procedimientos de esta-bilización de los suelos naturales, analizando económicamente alternativa como estabilización con cal, estabilización con sal, estabilización con cemen-to,estabilizaciónquímica(segúnnormaMTCE1109),segúnseaelcaso.
• Encasodequeserequirieseprotegerlasuperficiedeloscarreterasafirma-daspararetardarsudeterioroporrazonesdeerosiónypérdidasdemate-rial,debidoaltránsitoy/oparaevitarlapresenciadepolvolevantadoporeltránsitoquecreariesgosydeterioraelambienteagrícola,podrácolocarseunacapaprotectoraquepodríaserunaimprimaciónreforzadabituminosaounacapasuperficialdeafirmadoconmayoríndicedeplasticidadquereem-plazaríaunespesorsimilardelafirmadodiseñadoounaestabilizaciónconcloruros de sodio, de magnesio, u otros estabilizadores químicos.
141
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
CATÁLOGO DE CAPAS DE REVESTIMIENTO GRANULARTRÁFICO T0
Nota: Encasoserequirieseprotegerlasuperficiedelascarreteras,podrácolocarseunacapaprotectora,quepodríaserunaimprimaciónreforzadabituminosa;ounaestabilizaciónconclorurodesodio (sal), magnesio u otros estabilizadores químicos.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
142
CATÁLOGO DE CAPAS DE REVESTIMIENTO GRANULARTRÁFICO T1
Nota: Encasoserequirieseprotegerlasuperficiedelascarreteras,podrácolocarseunacapaprotectora,quepodríaserunaimprimaciónreforzadabituminosa;ounaestabilizaciónconclorurodesodio(sal),magnesio u otros estabilizadores químicos.
143
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
CATÁLOGO DE CAPAS DE REVESTIMIENTO GRANULARTRÁFICO T2
Nota: Encasoserequirieseprotegerlasuperficiedelascarreteras,podrácolocarseunacapaprotectora,quepodríaserunaimprimaciónreforzadabituminosa;ounaestabilizaciónconclorurodesodio(sal),magnesio u otros estabilizadores químicos.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
144
CATÁLOGO DE CAPAS DE REVESTIMIENTO GRANULARTRÁFICO T3
Nota: Encasoserequirieseprotegerlasuperficiedelascarreteras,podrácolocarseunacapaprotectora,quepodríaserunaimprimaciónreforzadabituminosa;ounaestabilizaciónconclorurodesodio(sal),magnesio u otros estabilizadores químicos.
145
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
5.5 Materiales y partidas especificas de la capa granular de rodadura
5.5.1 Capa de afirmado
Elmaterialausarsevaríasegúnlaregiónylasfuenteslocalesdeagregados,can-teradecerrooderío,tambiénsediferenciasiseutilizarácomounacapasuperficialocapainferior,porquedeellodependeel tamañomáximodelosagregadosyelporcentajedematerialfinooarcilla,cuyocontenidoesunacaracterísticaobligatoriaenlacarreteradeafirmado.
Elafirmadoesunamezcladetrestamañosotiposdematerial:piedra,arenayfinosoarcilla.Sinoexisteunabuenacombinacióndeestostrestamaños,elafirmadoserápobre.
Elafirmadorequieredeunporcentajedepiedraparasoportarlascargas.Asimismonecesitaunporcentajedearenaclasificada,segúntamaño,parallenarlosvacíosentre laspiedrasydarestabilidada lacapay,obligatoriamenteunporcentajedefinosplásticosparacohesionarlosmaterialesdelacapadeafirmado.
Haydosprincipalesaplicacionesenelusodeafirmados:Suusocomosuperficiederodaduraencarreterasnopavimentadososuusocomocapainferiorgranularocomo colchón anticontaminante.
Comosuperficiederodadura,unafirmadosinsuficientesfinosestáexpuestoaper-derseporqueesinestable.Enconstruccióndecarreteras,serequiereunporcentajelimitadoperosuficientedematerialesfinosyplásticosquecumplanlafuncióndeaglutinarparaestabilizarlamezcladegravas.
Unbuenafirmadoparacapainferior,tendrámayortamañomáximodepiedrasqueenelcasodelacapadesuperficieymuypocoporcentajedearcillasydemate-rialesfinosengeneral.Larazóndeelloesquelacapainferiordebetenerbuenaresistenciaparasoportarlascargasdeltránsitoy,además,debetenerlacualidadde ser drenante.
Gradación de los materiales de la capa de afirmado
Existenpocosdepósitosnaturalesdematerialquetieneunagradaciónideal,dondeelmaterialsinprocesarsepuedeutilizardirectamentepor loqueseránecesariozarandearelmaterialparaobtener lagranulometríaespecificada.Engeneral, losmaterialesseránagregadosnaturalesprocedentesdeexcedentesdeexcavacionesocanterasopodránprovenirdelatrituraciónderocasygravasopodránestarcons-tituidosporunamezcladeproductosdeambasprocedencias.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
146
Esrecomendablequelaspiedrastengancarasfracturadasoaristasysuperficiesrugosas.Sucomportamientoesmuchomejorquelapiedralisaredondeadaocantorodado, dándole a la capa de afirmado resistencia y estabilidad bajo las cargasactuantes.
Gravasprocedentesdebancosquecontienenpiedrasfracturadasnaturalmentesonconsideradascomomuybuenosmateriales.Entodocaso,sepodránobtenerme-joresresultadosprocesandoelmaterialportrituración.Estosignificaqueunbuenporcentajedelaspiedrastendráncarasfracturadasporprocesodelatrituración,lo-grándosemejorespropiedadesderesistenciayestabilidaddelacapadeafirmado.
Esmuyimportanteindicarquetodaslasgravasnosoniguales,porloquelacalidadverdaderadebeserdeterminadaefectuandoensayosydosificacionesdelosma-terialesqueconstituyenelafirmado.Estoaseguraráqueladosificaciónpuestaenobra sea la adecuada.
SedistinguencuatrotiposdeafirmadoysuespesoryaplicaciónestaráenfuncióndelIMD,segúnelcatálogoderevestimientogranular(Acápite5.4)
La capa del afirmado estará adecuadamente perfilada y compactada, según losalineamientos,pendientesydimensionesindicadosenlosplanosdelproyecto.
Afirmadotipo1:Correspondeaunmaterialgranularnaturalogravaseleccionadaporzarandeo,conuníndicedeplasticidadhasta9.Excepcionalmentesepodráin-crementarlaplasticidadhasta12,previajustificacióntécnica.ElespesordelacapaseráeldefinidoenelpresenteManualparaelDiseñodeCarreterasdeBajoVolu-men de Tránsito. Se utilizará en las carreteras de bajo volumen de tránsito, clases T0yT1,conIMDproyectadomenora50vehículosdía.
Afirmadotipo2:Correspondeaunmaterialgranularnaturalodegravaselecciona-daporzarandeo,conuníndicedeplasticidadhasta9.Excepcionalmentesepodráincrementarlaplasticidadhasta12,previajustificacióntécnica.Seutilizaráenlascarreterasdebajovolumendetránsito,claseT2,conIMDproyectadoentre51y100 vehículos día.
Afirmadotipo3:Correspondeaunmaterialgranularnaturalogravaseleccionadaporzarandeooporchancado,conuníndicedeplasticidadhasta9.Excepcional-mentesepodráincrementarlaplasticidadhasta12,previajustificacióntécnica.Seutilizaráenlascarreterasdebajovolumendetránsito,claseT3,conIMDproyectadoentre101y200vehículosdía.
147
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Paracadatipodeafirmadolecorresponderáunagranulometría:
Porcentaje que pasa del tamiz tráfico t0 y t1: tipo 1 Imd<50 veh.
Tráfico t2: tipo 2
51 - 100 veh.
tráfico t3: tipo 3
101 – 200 veh.
50 mm (2”) 100 100
37.5 mm (1 ½”) 95 – 100 100
25 mm (1”) 50 – 80 75 – 95 90 – 100
19 mm (3/4”) 65 – 100
12.5 mm (1/2”)
9.5 mm (3/8”) 40 – 75 45 – 80
4.75 mm (Nº 4) 20 – 50 30 – 60 30 – 65
2.36 mm (Nº 8)
2.00 mm (Nº 10) 20 – 45 22 – 52
4.25 um (Nº 40) 15 – 30 15 – 35
75 um (Nº 200) 4 – 12 5 – 15 5 – 20
Índice de plasticidad 4 - 9 4 - 9 4 - 9
Paraelcasodelporcentajequepasaeltamiz75µm(Nº 200 ), se tendrá en cuen-ta lascondicionesambientales locales(temperaturay lluvia),especialmenteparaprevenireldañopor laacciónde lasheladas,enestecasoseránecesario tenerporcentajesmásbajosalporcentajeespecificadoquepasaeltamiz75µm(Nº 200), porloqueelproyectistaespecificarálosporcentajesapropiados.
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)
Referidoal100%delaMáximaDensidadSeca(MDS)yunapenetracióndecargade0.1”(2.5mm)
Muyimportanteeselíndicedeplasticidadquepodrállegarhastaunmáximode12ynodebesermenorde4.Larazónesquelacapaderodaduraensusuperficienecesitaunmayorporcentajedematerialplásticoylasarcillasnaturalesledaránlacohesiónnecesariayporlotantounasuperficiecómodaparalaconducciónvehicu-lar.Estopuedesercríticoduranteelperíodoseco,puesnecesitaráriegodeagua.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
148
Encambio,duranteperíodohúmedo,enlasuperficiepuedenaparecerpequeñashuellasquedespuésdelalluviarápidamentesesecarányendurecerán,porefectodelsolyelviento.Encambio,silacapadeafirmadopresentaunagrancantidaddefinosplásticos,estagravacausaráproblemassiesquelahumedadllegaaesteni-velpuesestacapainferiorperderáresistenciayestabilidad,causandoahuellamientoprofundoolafallatotaldelacapagranularderodadura.
Enelcasodequesetuvieranmaterialesconíndicedeplasticidadfueradelrango4-12%,seestudiaráelempleodeuntratamientosuperficial,comolaimprimaciónreforzada bituminosa, estabilización con cal, cemento, cloruros de sodio (Sal) o magnesiouotrosestabilizadoresquímicosconlafinalidaddemantenery/oprolon-garlavidaútildelacarretera.
Paraladosificaciónymezcladelmaterialparaafirmado,setendrácomoreferenciaypuntodepartida lasgradacionesquerecomiendalaespecificacióntécnicaEG-CBT 2005, sección 302B.
Es a partir de esta especificación que se efectúan los ensayos y dosificacioneshastaconseguirunmaterialdeafirmadodebuenacalidad.Deserelcaso,seesta-bleceránlasdiferenciasquesustentenunaespecificaciónespecial,comovariantede la EG-CBT 2005, sección 302B.
Uso del material de la carpeta asfáltica fresada como capa de grava
Cuandoenlasobrasderehabilitacióndeloscarreteraspavimentadosseretirencar-petasdeconcretoasfáltico,sepodráutilizarestematerialenlascarreterasdebajovolumendetránsito,reciclandoestematerialcomopartedelamezcladosificadadelacapadegrava,previoprocesodetrituraciónozarandeoparalimitareltamañodelaspartículas;resultandounabuenasuperficie,enlaquelaporciónbituminosadela mezcla actuará como ligante.
Paraunmejorresultadoestacapadegravaconmaterialasfálticorecicladodebete-nercomomínimo,unespesorcompactadode75mm.EstaalternativaconstructivasóloseaplicaráencarreterascuyasubrasantetengaunCBR>10%.
Unamejor opción serámezclar elmaterial asfáltico recicladoenunaproporción50/50congravanatural.Selograráasíunmaterialconbuenascaracterísticasligan-tesquepodrásertrabajablemedianteoperacionesdeperfilado.
Sobreestas capasdematerial asfáltico reciclado sepodrá colocar una capadeproteccióndeimprimaciónbituminosareforzada.
Manipuleo y colocación del material de afirmado
Enrelaciónalaobtenciónymanipuleodelosmaterialesenlascanterasofuentes
149
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
dematerialesesmuyimportanteque,antesdecomenzaraprocesarelmaterial,seretirelacapadetierravegetalylavegetacióndelasuperficiepueséstacontienemateriaorgánicaquenoesbuenaparalasuperficiedelacarretera.
Generalmentetodacanteraofuentedematerialtienevariacionesenlascapasderevestimiento granular a explotar, pues se presentan capas aparentementemuyuniformesperocambian repentinamenteconbolsonesdeunmaterialdiferenteyestoafectalagradacióntotaldelagrava.Poresoesimportanteelconocimientoeinvestigacióndelasfuentesdematerialesparaconseguirunacorrectaexplotaciónyunabuenamezcladesdeelcomienzodelproceso.
Otrode losproblemases la segregacióndelmaterial duranteel proceso.Cuan-doocurreesto, laspartículasdegrantamañotiendena juntarsehastaconseguiraislarse,envezdemezclarseconel restodelmaterial.Estasituaciónprovocarála inconsistenciadelmaterialasícomodificultadensucompactación.Laszonassuperficialesquecontienenunacantidadinusualdepartículasgruesaspresentaránunacondiciónsueltaeinestable,mientrasqueotraszonaspresentaránexcesodefinosqueprovocaránahuellamientosprofundosduranteelperíododelluvias.
Cuandounmaterialapiladosesegrega,unaopciónseráutilizarlamotoniveladorayvolveramezclarelmaterialhastahomogenizarloyluegoextenderloencapasunifor-messobrelacarretera,esteprocedimientoreduciráelproblemadesegregación.
Cuandoelafirmadotengaquesercolocadasobrelacarretera,esimportantequelasuperficieseencuentreenbuenascondiciones,sinproblemasdedrenajeeim-perfecciones sobre la superficie, como ahuellamientos, baches, desniveles, etc.,Todosestosproblemasdebensereliminadoshastaformarcorrectamentelaseccióntransversaldelacarretera.Entonces,elmaterialdeafirmadosepuedecolocarenunespesoruniformeyenel futuroserámás fácilsumantenimiento.Encasodequelasuperficiedelacarreterasealisayesteendurecida,sedeberáescarificarligeramentelasuperficieparaconseguirunabuenaadherenciaconelnuevomate-rial.Estaeslaúnicamaneraqueunacapauniformedeafirmadonuevapuedesercolocada.
Elcomportamientodelacapadeafirmadodependeráengranpartedesuejecución,especialmentedelacompactaciónqueselehayadado.Lacompactaciónreducirálosvacíosyaumentaráelnúmerodepuntosdecontactoentrepartículasyelcorres-pondienterozamiento.Lacapadeafirmadodebesercompactada,porlomenosal100%deladensidadmáxima,determinadasegúnelmétodoAASHTOT180.
Otroaspectoimportanteloconstituyeelperfilado.Encuantoalaconformacióndelbombeoyperaltes,cualquierdefectoenelmismoconstituyeunimpedimentoparaeldrenajesuperficialdelaguadelaslluvias.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
150
Noobstante,esnecesarioindicarqueelcomportamientodeunasuperficiedeafir-madonotendráenningúncasouncomportamientosimilaralassuperficiespavi-mentadas.Siemprehabráalgunaspérdidasdeagregadosenvirtualmentetodoslascarreterasdeafirmado,porloquesedebeevaluarlanecesidaddecolocarcapasdeprotecciónoestabilizaciones,segúnlopermitanlospresupuestosdeconstruccióny/omantenimientoyladisponibilidaddematerialesenlazona.
Duranteeltrabajodecolocacióndelacapadeafirmado,secolocaránlosdispositi-vosdecontroldetránsitodeacuerdoaloestablecidoenelManualdeDispositivosdeTránsitoAutomotorparaCallesyCarreteras.
5.5.2 Macadam granular
Elmacadamgranulares lacapaobtenidaporcompactacióndeagregadosgrue-sos,distribuidosdemanerauniforme,cuyosvacíossonrellenadosconmaterialdegranulometríamásfina,primeroenseco,ydespuésconayudadeagua.Secolocasobreunacamadeasientoconformadaporarenaycomocapasuperficialsecolocamaterialdeafirmadotipo1.Laestabilidaddelacapaseobtieneapartirdelaacciónmecánicadelacompactación.
Lostrabajosconsistenenelsuministrodemateriales,carga,transporte,descargadelosmateriales,agua,manodeobrayequiposadecuadosparalacorrectaeje-cucióndelostrabajosafindeteneruncontroldecalidaddelmacadamgranulardeacuerdoconlasnormasylosdetallesejecutivosdeproyecto.
Capas del macadam granular
1) Cama de asiento del macadam granular
El agregadopara la camadeasientodebepresentar unade lasgranulometríassiguientes:
malla% en peso que pasa
I II
19.0mm. (3/4”) 100 -
12.50mm. (1/2”) 80 – 100 -
9.5mm. (3/8”) 70 – 100 -
4.80mm. (Nº4) 45 – 100 100
2.0mm. (Nº10”) 25 – 65 55 – 100
0.42mm. (Nº40) 10 – 30 25 – 100
0.074mm. (Nº200) 0 - 8 0 - 12
151
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Apartedelosrequerimientosgranulométricos, lacamadeasientodebeestarfor-madaporfragmentosduros,limpios,durables,libresdeexcesodepartículaslami-naresoalargadasdefácildesintegracióncuando,alsersometidosalaspruebasdedurabilidadconsolucióndesulfatodesodio,encincociclos,presentenpérdidasinferioresal18%.Elmaterialretenidoporlamallade2.0mm.(No.10)ysometidoalapruebadedesgastenodeberásersuperioral45%.
Colocación de la cama de asiento
a) Lasuperficiede lacapadesubrasante,debeestar limpiayconunbuenacabadoparapoderrecibirlacamadeasiento.
b) Se colocará una cama de asiento cuya ejecución tiene por objetoevitarqueelagregadogruesoingreseenlacapadesubrasanteyquelosfinosdelasubrasantepenetrenycontaminenlacapamacadamgranular. El extendido de la cama de asiento debe hacerse con la uti-lizacióndelamotoniveladora,suacomodoseefectuaráporcompre-sióndelrodilloneumáticooestáticoliso,ennomásdedospasadasdecadaequipo.
2) Capadeagregadosgruesos
Elagregadogruesodebeestarformadoporpiedranaturalotrituradayquecumplacon una de las granulometrías indicadas en la tabla siguiente:
malla% en peso que pasa
I II III
100mm (4”) 100 - -
90mm (3 1/2”) 90 – 100 - -
76mm (3”) - 100 -
64mm (2 ½”) 25 – 60 90 – 100 100
50mm (2”) - 35 – 70 90 – 100
38mm (1 ½”) 0 – 15 0 – 15 35 – 70
25mm. (1”) - - 0 – 15
19mm (3/4”) 0 – 5 0 – 5 -
12.5mm (1/2”) - - 0 – 5
Losagregadosgruesosdebencumplirlascondicionesgeneralesquesepresentana continuación:
• Los fragmentos deben ser duros, limpios, durables, libres de excesos departículaslaminares,alargadasofrágiles.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
152
• Cuandosonsometidasapruebasdedurabilidad,presentarvaloresigualesoinferiores a 15%.
• Eldiámetromáximorecomendadodebeserdeentre1/2y1/3delespesorfinaldelacapaejecutada.
• Elagregadoretenidoporlamallade2.0mm.(No.10)nodebetenerundes-gastesuperioral40%.
• Losagregadosde forma laminar,obtenidosen lamuestra,nopuedensersuperioresal20%.
Colocación de los agregados gruesos
Laejecucióndelascapasdeagregadogruesoseiniciaconlacargadelmaterialdelasáreasdeextracción,apilamientooplantasdetrituración.Laoperacióndecargadel material se debe hacer con criterio, evitando el material laminar o el exceso de finos.
La colocación de los agregados gruesos debe efectuarse con una motoniveladora o distribuidor de agregados, evitando la segregación del material.
Al terminar la colocación del agregado grueso, se deben retirar los fragmentos alar-gados,laminaresodetamañoexcesivo,visiblesenlasuperficie.
Tambiénsedebecorregirlospuntosquepresentenexcesoofaltadematerial,veri-ficarnivelesyseccionestransversales.
Compactación
Lacompactacióninicialdebehacersemedianteelusoderodillolisoconunpesodeentre10y12toneladasorodillolisovibratorio.
En los tramosen tangente, lacompactaciónpartirásiemprede losbordeshaciaelejeyen lascurvasdelbordemásbajohaciaelmásalto.Encadapasada,elequipoutilizadodebecubrir,porlomenos,lamitaddelapasadadecompactaciónanterior.
Lospuntosdondenoesposibleelaccesodelosequiposdecompactación,sereco-miendalautilizacióndeequipomanualomecánico.
Elvalordelahumedadyelgradodecompactaciónseguirálasespecificacionesdelproyectoyexigenciaspropias.
Nosepermitecomplementarespesoresconlaadicióndefinosenlacapa.
153
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Cuandoserequierancapasconespesoressuperioresa15cm.,laejecuciónreco-mendadaesendoscapas.
3) Material de relleno de los vacíos
Elmaterialde rellenonaturalestará formadopor losfinos resultantesde la tritu-racióndelapiedraoporarena,conformealagranulometría indicadaenlatablasiguiente:
mallas% en peso que pasa
A B
19 mm(3/4") 100 -
12.5 mm (1/2") 85 - 100 -
9.5 mm (3/8") - 100
4.75 mm (No. 4) - 85 - 100
0.15 mm (No. 100) 10 -30 10 -30
LagranulometríatipoA,debeserutilizadaparaelmaterialderellenodeagregadogruesodegranulometríatipoI.LagranulometríatipoBdelmaterialderelleno,debeserutilizadaenconjuntoconelmaterialdeagregadogruesotipoIIyIII.
Losmaterialesderellenoquepasenlagranulometría,estaránformadosporfrag-mentosduros,limpios,durables,libresdeexcesodepartículaslaminares,alarga-dasodefácildesintegraciónyausentesdematerialescontaminantes.Cuandoseansometidosa lapruebadedurabilidadconsolucióndesulfatosdesodioencincociclos,nodebenpresentarpérdidasigualesosuperioresal18%.Elmaterialpasadoporlamallade2.0mm.(No.10)nodebeexhibirdesgasteenlapruebadeabrasiónLosÁngelessuperiora40%.Elequivalentedearenadebeserigualosuperiora40%.
Colocación del material de relleno
Elmaterialderelleno,deacuerdoconlasgranulometríasespecificadasdetipoAoB,debeserextendidomanualmente,lomássecoposible,pormediodecarretillasmanuales o mecánicas.
Cuandoyanoesposible lapenetraciónde losmaterialesderellenoenseco,esnecesariohumedecerlacapa,nivelarycompactarelmaterialderelleno.
Laoperacióndehumedecimientoylaaplicacióndematerial,debenrepetirsehastaqueseformeunamasaestableycompactadelantedelrodillo.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
154
Finalmente, lasuperficiehumedecidaquedará limpiaycompactadaconel rodilloliso vibratorio.
4.) Capa de rodadura
Los requerimientosdeconstrucciónde la capade rodaduraestaránconstituidosporelmaterialcorrespondientealafirmadotipo1ydebensatisfacerlosrequisitosestablecidosenlasección302B.Afirmado.
Elespesormínimodelacapaderodaduraseráde100mm.
155
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
5.5.3 Estabilizaciones
LacapacidadportanteoCBRdelosmaterialesdelascapasdesubrasanteydelafirmado,deberáestardeacuerdoalosvaloresdediseño,noseadmitiránvaloresinferiores.
Enconsecuencia,sílosmaterialesautilizarseenlacarreteranocumplenlasca-racterísticasgeneralespreviamentedescritas,seefectuarálaestabilizacióncorres-pondientedelsuelo.
Laestabilizacióndeunsuelo,esunprocesoque tieneporobjetomejorarsu re-sistencia,sudurabilidad,suinsensibilidadalagua,etc.Deestaforma,sepodránutilizarsuelosdecaracterísticasmarginalescomosubrasanteoencapasinferioresdelacapaderodaduraysuelosgranularesdebuenascaracterísticas,perodeesta-bilidadinsuficiente(CBRmenoralmínimorequerido)enlacapadeafirmado.
Laestabilizaciónpuedesergranulométricaomecánica,conformadapormezclasdedos o más suelos de diferentes características, de tal forma que se obtenga un sue-lodemejorgranulometría,plasticidad,permeabilidadoimpermeabilidad,etc.Tam-biénlaestabilizaciónserealizamedianteaditivosqueactúanfísicaoquímicamentesobrelaspropiedadesdelsuelo.Entrelosmásutilizadosestánlacalyelcemento,perotambiénseempleanclorurodesodio(Sal),clorurodemagnesio,asfaltoslíqui-dos,escoriasyproductosquímicos.Laaplicacióndeestosúltimosestarádeacuer-doalanormaMTC1109-2004NormaTécnicadeEstabilizadoresQuímicos.
Elgradodeestabilizacióndependedeltipodesuelo,deladitivoutilizado,delacan-tidadañadida,ymuyespecialmentedelaejecución.
Latécnicadeestabilizacióndesuelosseaplicaráutilizandomaterialesgranulareslocalesyelmaterialestabilizadorquepermitaunasoluciónmáseconómicasobreotras alternativas.
Seconsideraquedentrodelosmétodosmásprácticosdesdeelpuntodevistadesuaplicaciónsonlosqueacontinuaciónseindican:
5.5.3.1 Capasuperficialdelafirmado.
5.5.3.2 Estabilizacióngranulométrica.
5.5.3.3 Estabilización con cal.
5.5.3.4 Estabilización con cemento.
5.5.3.5Imprimaciónreforzadabituminosa.
Acontinuaciónsepresentaunabrevedescripciónnolimitativa,decadaunadelasestabilizaciones anteriormente mencionadas.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
156
5.5.3.1 Capa superficial del afirmado
Lacolocaciónde lacapasuperficialdelafirmadoesopcional,perodecolocarseelespesordeestacapasededucirádelespesor totalcalculadopara lacapadeafirmado.Elespesordelacapasuperficialdelafirmado,noserámenoralmínimoconstructivo de 100mm.
Unbuenmaterialparacapasuperficialdeafirmadodeberáestarconstituidoprinci-palmentedegravatrituradayarenagruesaconpartículasmásfinasparallenarlosvacíosyunaporciónpequeñadearcillaparaactuarcomoligante.
Elmaterialdebeserdebuenaestabilidad,resistentealaabrasión.Nopermitirelle-vantamientodepolvoqueprovoqueunmínimodesgastedeneumáticos,económicoydefácilmantenimiento.
Diversostiposdematerialessonconvenientescomocapasuperficialdelafirmado,comolosagregadostrituradosquealmezclarseconotrosmaterialeslocalespro-porcionanunadistribuciónycaracterísticasdetamañonecesariasparalaconstruc-ciónapropiadadelacapasuperficialdelafirmado.
ElCBRde lacapasuperficialdebesermayorde40%,siendodeseablequeseade 60% para los casos de excesivo tráfico de vehículos pesados (omnibuses ycamiones).
Losagregadospuedenclasificarseentrescategorías:
1) Agregadoscondeficienciadefinos.2) Agregadosconsuficientecantidaddefinos.3) Agregadosconexcesodefinos.
Estastresclasessepuedenutilizarcomomaterialesdelacapasuperficialdelafir-mado,peronecesitansermodificadosconlaadicióndeotrosmateriales.
Losagregadosquesondeficientesenfinosselespuedenañadirmaterialesfinosdefuenteslocalestalescomoarenas,limosoarcillas.Lasarcillaspuedenserutiliza-dasconlosagregadosdelacapasuperficialdelafirmado,especialmenteenzonasparticularmentesecas,porqueproporcionanunacapaderodaduraexcelenteparaelafirmado.Sinembargo,puedehaberproblemasporexcesivahumedad.
Losagregadosconsuficientecantidaddefinossedebenutilizardirectamenteparalacapasuperficialdelafirmadosinnecesidaddemodificación.
Losagregadosconexcesodefinospuedenserutilizadosincorporandootrosagre-gadosconpococontenidodefinos,semezclanhastahomogenizarelproductoyobtenerlacantidaddefinosnecesarios.Elmaterialaincorporardebeserdeficiente
157
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
enfinosdemodoquecuandosecombineconelmaterialoriginal seobtenga ladistribucióngranulométricaapropiada.
Talcomoseindicó,losagregadosparalacapasuperficialdelafirmadodebenserdealtaresistenciayconunagranulometríabiengradada,paraquelamayoríadelosvacíosseanllenadosylacompactaciónrequerida,100%delaMDS,seaobtenida.
Unacapasuperficialdelafirmadocorrectamentediseñadaconlosmaterialesade-cuados,permitiráobtenerunaexcelentesuperficiederodaduraenlascarreterasdebajo volumen de tránsito.
Lasiguientetablaincluyecuatroalternativasdedistribucióngranulométricaparalacapasuperficialdelafirmadoylosrequisitosdeplasticidad:
Capa superficialdel afirmado tamiz
Porcentaje que pasa
Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3
19 mm (3/4”) 100 100
12.5 mm (1/2”)
9.5 mm (3/8”) 60 – 100 100
4.75 mm (Nº 4) 50 – 85 50 – 78 55 – 100
2.36 mm (Nº 8) 37 – 67
2.00 mm (Nº 10) 40 – 70 50 – 80
4.25 um (Nº 40) 25 – 45 13 – 35 25 – 45
75 um (Nº 200) 5 - 20 4 - 15 6 - 20
Nota1.Losporcentajesdelmaterialquepasaneltamiz75µm(Nº 200 ), deben estar en el extremo inferior delaescala,paraloscasosdeclimasfríosoaguasubterráneaaltaoprecipitaciónalta.
Nota2.Silacapasuperficialdelafirmadonorecibiráuntratamientosuperficialporvariosaños,elproyectis-tadebeespecificarunmínimode8porcientoquepasaeltamiz75µm(Nº200),enlugardelosporcentajesmínimos indicados en la tabla anterior.
Clima
Características de la plasticidad para lacapa superficial del afirmado
Límite líquidoNo debe exceder (%)
Rango de plasticidad(%)
Húmedo – lluvioso 35 4 – 9
Árido - Seco 55 15 – 30
5.5.3.2 Estabilización granulométrica
Laestabilizacióngranulométricaconsisteenmezclardosomássuelosparaobte-nerunmaterialdecaracterísticasadmisiblesparaserutilizadocomosubrasanteo
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
158
comoafirmado.Engeneral,sedebenutilizarmaterialeslocalesafindeoptimizarloscostosdepreparaciónydetransporte.
Normalmenteunodelossueloseselnaturaldelasubrasanteyelotroeseldeapor-teparamejorarsuspropiedades.Porejemplo,sepuedeañadiraunsuelogranularsinfinos,otrodegranofinoyciertaplasticidad,afindeobtenerunamezcladema-yorcohesión,másfácildecompactar,másimpermeableyensumamásestable.
En general, las propiedades de un suelo estabilizado granulométricamente secontrolan con ensayos de laboratorio sencillos como son la determinación de ladistribucióngranulométrica(tamizado)del límite líquidoydel límiteplástico.Parasuelosgranularesyfinos,seutilizaráelensayoAASHTOT27(ASTMC136),elen-sayoAASHTOT11paramaterialesfinosobtenidosporlavadosobrelamallaN°200(ASTMC117) y si seespera tener unamezcla conunaapreciable cantidaddematerialquepasalamallaN°200sepodráutilizarelensayoAASHTOT88(ASTMD 422).
5.5.3.3 Estabilización con cal
Elsuelo-calseobtienepormezclaíntimadesuelo,calyagua.Lacalqueseutilizasecomponefundamentalmentedeóxidocálcico(calviva),obtenidoporcalcinacióndematerialescalizos,ohidróxidocálcico(calapagada).Estascalessellamantam-biénaéreasporlapropiedadquetienendeendurecerseenelaire,unavezmezcla-dasconagua,poraccióndelanhídridocarbónico.
Laexperienciademuestraquelosproductosdelahidratacióndelcementopuedenserreproducidoscombinandodosomáscomponentesprimariosdeesteproductocomo: Ca 0, Si 02, Al2O3yFC2O3 enlasproporcionesadecuadasyenpresenciadeagua.
Comolamayoríadelossueloscontienensíliceyaluminiosilicatos,laincorporaciónde cal anhidra (Ca O) o de cal hidratada (Ca (OH)2)yaguaencantidadapropiadasepuedeobtenerlacomposicióndeseada.
Almezclarelsueloconlacal,seproduceunareacciónrápidadefloculaciónein-tercambioiónico,seguidadeotramuylentadetipopuzolánico,conformacióndenuevosproductosquímicos.Lasíliceyalúminadelaspartículasdelsuelosecom-binanconlacalenpresenciadeaguaparaformarsilicatosyaluminatoscálcicosinsolubles.
Unodelosefectosmásimportantesdelacalenelsueloeseldecambiaraprecia-blementesuplasticidad.Consuelosdebajaplasticidad(IP<15),aumentantantoelLLcomoelLP,y tambiénmuy ligeramentesuIP.Encambio,en lossuelosdeplasticidadmediayelevada(IP>15)disminuyeelIP.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Tambiénaumentalahumedadóptimadecompactación,loquepermiteladensifi-cacióndesuelosdeelevadahumedadnatural,quedeotromodonopermitiríanlaconstruccióndelacapaderodadurasobreellos.
Lossuelosmásapropiadosparaestabilizarconcalsonlosdegranulometríafinadeciertaplasticidad.
Encorteseinclusoenterraplenes,dondeseevidenciensuelosarcillosos,resultaconvenientemejorarelsueloconunpequeñoporcentajedecalparaproteger laexplanaciónyformarunaplataformaparalaconstruccióndelacapaderodadura.
Elsuelosevuelvemásfriableygranular.Alaumentarsulímiteplásticoyhumedadóptimadecompactaciónpermitesupuestaenobraconmayorfacilidad.
Esfrecuentequelamezclaserealiceendosfases,conunperíodointermediodereacciónde1-2días.Laaplicaciónmásusualdelasestabilizacionesconcalesensubrasantesycomocapaderodadura,enzonasdesuelosarcillososy/oconcanteras de materiales granulares lejanos.
LaNationalLimeAssociationresumelaspropiedadesqueseobtienendespuésdeuna estabilización o mejoramiento con cal, en lo siguiente:
i) Reduccióndelíndicedeplasticidad,debidoaunareduccióndellímitelíquidoyaunincrementodellímiteplástico.
ii) Reducciónconsiderabledel ligantenatural del sueloporaglomeracióndepartículas.
iii) Obtencióndeunmaterialmástrabajableyfiablecomoproductodelareduc-ción del contenido de agua en los suelos (rotura fácil de grumos).
iv) Lacalayudaasecarlossueloshúmedosloqueacelerasucompactación.
v) Reducciónimportantedelpotencialdecontracciónydelpotencialdehincha-miento.
vi) Incrementodelaresistenciaalacomprensiónsimpledelamezclaposterioraltiempodecuradoalcanzandoenalgunoscasoshastaun40%deincre-mento.
vii) Incrementodelacapacidadportantedelsuelo(CBR).
viii) Incremento de la resistencia a la tracción del suelo.
ix) Formacióndebarrerasimpermeablesqueimpidenlapenetracióndeaguasdelluviaoelascensocapilardeaguassubterráneas.
Laexperienciaamericanahademostradoqueunaestabilizaciónconcaltieneexce-lentes resultados, en los siguientes casos:
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
160
a) Materialescompuestospormezclasdegravayarcillaparasuusocomocapagranularsuperficialconunaincorporaciónde2a4%deCa(OH1)2enpeso.
b) Suelosaltamentearcillososparausarloscomocapagranularsuperficial(5a10%decalenpeso)ocomocapainferior(1a3%decalenpeso).
5.5.3.4 Estabilización con cemento
Elmaterialllamadosuelo-cementoseobtieneporlamezclaíntimadeunsuelosu-ficientementedisgregadoconcemento,aguayotraseventualesadiciones,seguidadeunacompactaciónyuncuradoadecuados.Deestaforma,elmaterialsueltoseconvierte en otro endurecido, mucho más resistente. A diferencia del concreto, sin embargo, losgranosde lossuelosnoestánenvueltosenpastadecementoen-durecido,sinoqueestánpuntualmenteunidosentresí.Porello,elsuelo-cementotieneunaresistenciainferioryunmódulodeelasticidadmásbajoqueelconcreto.Elcontenidoóptimodeaguasedeterminaporelensayoproctorcomoenlacom-pactacióndesuelos.
Laspropiedadesdelsuelo-cementodependende:
i) Tipoycantidaddesuelo,cementoyagua.ii) Ejecución.iii) Edaddelamezclacompactadaytipodecurado.
LossuelosmásadecuadosparaestabilizarconcementosonlosgranularestiposA-1,A-2yA-3,confinosdeplasticidadbajaomedia(LL<40,IP<18).
Laresistenciadelsuelo-cementoaumentaconelcontenidodecementoylaedaddelamezcla.Alañadircementoaunsueloyantesdeiniciarseelfraguado,suIPdisminuye,suLLvaríaligeramenteysudensidadmáximayhumedad-óptimaau-mentaodisminuyenligeramente,segúneltipodesuelo.
Ladosificacióndecementopuedefijarseaproximadamenteenfuncióndeltipodesuelo,segúnlosiguiente:
Clasificación de suelos AASHtO
Rango usual de cemento requeridoPorcentaje del peso de los suelos
A-1-a 3 – 5A-1-b 5 – 8A – 2 5 – 9A – 3 7 – 11A – 4 7 – 12A – 5 8 – 13A – 6 9 – 15A – 7 10 - 16
Fuente:FederalHighwayAdministration(FHWA).
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Lossuelosmejoradosconcemento,constituyenunmaterialsemiendurecido,pueslaproporcióndecementonosuelesersuperioral3%enpesodelossuelos.Enestecaso,sólosepretendemejorarlaspropiedadesdeunsueloparaqueseaadecuadocomosubrasantedeunacapaderodadura.
Es convenienteque la compactación se inicie cuando lahumedad in situ sea laprescritayentodocaso,enmenosdeunahoraapartirdelmezclado,ysedebeter-minarentre2y4horas,segúnlascondicionesatmosféricas.Aniveldesubrasante,seexigeungradodecompactaciónmínimo95%segúnAASHTOT180enlacapadeafirmadoelmínimoesde100%.
Esquema de la ejecución de las estabilizaciones de suelos
Elsueloaestabilizardebeserescarificadoypulverizadoconanterioridadalamez-cla, la misma que se realizará in situ.
Sedistribuiráeladitivoyelaguasobreelsueloextendidodelaformamásuniformeposible.Lamezclapuederealizarseconmotoniveladoraysedaránlaspasadasyvueltasnecesariashastaconseguirunamezclaintimadelosmateriales.Tambiénesposiblerealizarestabilizacionescondistribuciónmanualymaquinariaagrícola.
Unavezextendidalamezclauniformementeseprocedeasucompactaciónacon-tenidoóptimodeagua.
Paralacompactacióndesuelos,laeleccióndelequipoesunproblemadeeficaciayderendimiento.Consuelosfinosdeciertacohesión,seutilizaránpreferentementerodillos de pata de cabra y de neumáticos,mientras que los granulares podríancompactarseconrodillosvibratorios,deneumáticos,lisos,etc.
La compactación seráenérgicahastaalcanzar lasdensidadesespecificadas, engeneralnoinferioresal95%ó100%delproctormodificado.
Acontinuaciónseprocederáalcuradoparaqueelproductocolocadoadquierasuspropiedadesdefinitivasy,entodocaso,seesperaráaextenderlacapasuperiorodareltráficocuandoelmaterialhayaalcanzadolasuficienteresistencia.
Figura V.1: Esquema de la ejecución de una estabilización por mezcla in situ
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
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5.5.3.5 Imprimación reforzada bituminosa
Sedenominaimprimaciónreforzadabituminosa,altratamientosuperficialapene-tracióndirectasobrelaplataformaexistentedeunacarreteradeafirmado,laquepreviamentehasidodesagregadayacondicionadaparafacilitarunmayordescensodellíquidoasfálticodecuradomedioqueseaplicaendosetapas,procediendoen-treambosriegosalacompactacióndelacapasuperficialconosinhumedecimientoprevio,segúnseconsiderenecesario.
EnelcuadrodelafiguraV.2,seilustralassecuenciasdelprogreso,así,seobtieneunacapaderodadurasumamenteestableydondeellíquidoasfálticopenetramásdemediapulgada,resistiendoa lassolicitacionesdetránsitoyconformandounasuperficiealtamenteimpermeable.
Lasuperficieasfálticaresultaaltamenteflexibley,comotal,seacomodamejoralasdeformacionesdelaplataformaquecubre.Noobstante,esnecesarioquelacarre-teratengaadecuadascondicionesdedrenajesuperficialysubdrenaje,puestoquelainestabilidadqueseoriginetambiénafectaráalasuperficiederodadura.
Estatécnica,también,sepodráusarenunacarreteradetierraquereúnalascon-dicionesdedrenajeyunvalorsoporteadecuado,asegurandounmejoramientodela transitabilidad.
Independientementealosefectosdelascondicionesambientalesdecadaregión,larespuestayduracióndelaimprimaciónreforzadaestaránsujetasalossiguientesfactores:
i) Dureza,gradaciónyaportefriccionaldelmaterialatratar.
ii) Afinidaddelagregadoconellíquidoasfáltico.
iii) Espesordelacapaimprimadaenrelaciónconsuestructurafriccional.
iv) Calidad del drenaje existente.
v) Calidaddelaejecución,demaneraqueserespetenlasdosificaciones,ma-teriales,tiemposyutilizacióndeequiposdeacuerdoalascondicionespre-establecidas.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura V.2: Croquis Etapas de ejecución de la imprimación reforzada
Partesuperiordelacarreteradesagregadaparcialmente por escarificado o porcorresponderaunsueloincorporado.
Primeraaplicacióndelasfaltodiluido.
Riego de agua a las 48 horas.
Compactación con rodillo liso muylivianodelacapasuperiorconasfaltoincorporadoydelainferiordecontactohumedecida.
Segunda aplicación del asfaltodiluido para rellenar los intersticiossuperficiales y asegurar laimpermeabilidad.
Aplicación de arena de sellado a las24y48horasdelasegundaaplicaciónasfálticaparaimpedirlaadherenciaalpasodeltránsito.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
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Procedimiento constructivo
Laimprimaciónreforzadabituminosaseaplicarácomosuperficiederodadura,so-brelacapadeafirmadosintratarotratadaconcalocemento.Noobstante,elmé-todotiendeaaprovecharelmaterialexistenteenlaplataforma.
Etapas
1ª Escarificadoyperfilado:Conlamotoniveladoraseprocedeaescarificarlos4ó5cmsuperioresconformandounacajasobrelaqueseaplicaunriegodeaguayluegoseextiendeelmaterialremovidoalqueseledaelperfiladocorrespondiente.LafiguraV.3,esquematizaestapartedelproceso.
Cuandoseaprovechelacapasuperiordelaplataformaexistenteysepre-sentenenlaplataformapartículasdegrantamañoquedificultanelraspadoconlamotoniveladora,serecomiendaprocederalaregularizacióndelperfilmediante la incorporacióndematerialdegranulometríay tamañomáximoadecuados,determinandoésteúltimoelespesordelacapa,elqueennin-gúncasodeberáserinferioralapenetraciónqueseprevéparaeldiluido.
Cuandolaplataformasepresentemuyfirmeycompacta,serecomiendaunhumedecimientoprevioparaaflojarlasuperficie.
2ª Primerriego:Luegodelperfiladoqueseráprolijoevitandolasegregación,sehaceunapasadaderodillolisomuylivianoparauniformizarlasuperficieyseprocedeaaplicarelprimerriegoconunasfaltolíquido,comoelMC-30oel RC-250, calculando la velocidad del distribuidor de modo de estar en una dosificaciónde1.7a2.0ltpormetrocuadradoparaasegurarunapenetra-ciónqueexcedaelcentímetro(aprox.13mm).Sesugiere,paraello,ensayarpreviamente en tramos cortos para comprobar hasta donde desciende elasfalto líquido.
3ª Luegodel primer riego, sedejarán transcurrir unmínimode48horas sintránsitoparapermitirlapenetraciónasfálticayluegoseregaráconagua,siesqueseconsideranecesario,parahumedecerlaparteinferiordelacapasueltadondenollegóelasfaltolíquido.Asísehacemáseficienteelposteriorcompactadoconrodillolisoyluegoconelneumáticoconlosquesealcanza-ráladensidadfinal(4ªEtapa).
Sídentrodelas48horasdelprimerriegosepresentanlluvias,esrecomen-dableprocederacompactarlacapaimprimadaparacerrarlayconelloevitarunexcesodehumedadquepuedaafectara laplataforma.Sinose lograesto,seránecesariodemorarelprocesohastaqueesahumedadseevaporeoseaabsorbidaporlascapasinferiores,demodoqueserestablezcalaes-tabilidad.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Luegodelas48horassecomprueba,altacto,laadhesividaddelriego,asícomocuántopenetróelasfaltolíquidoylahumedadinferiordelacapa.
4ª Desernecesario,seaplicaunriegoadicionaldeaguayluegodeunahoraseprocedeaunacompactaciónconrodillovibratorio,siendolaprimerapasadasincargadinámica.Ellosiemprequenohayaadhesiónconelrodilloosedis-pongadeunequipoautopropulsadoconbarrarociadoraparahumedecerelrodillo.Delocontrario,seprocederádeunadelasdosmanerassiguientes:
a)Sisehacomprobadounaefectivapenetracióndeldiluido,seextenderáunafinacapadearenanaturalodetrituraciónparaimpedirlaadherenciadelrodillo,procediendoluegoalacompactaciónligeraconelrodillovibratoriolisoyluegoconelneumático.
b)Silapenetraciónesdeficiente,debedemorarselaentradadelequipodecompactaciónparadartiempoalapenetraciónyluegoseprocedecomoenel caso a).
5ª Completadalacompactación,seaplicaráelsegundoriegodeMC-30oRC-250,arazónde0.5a0.6lt./m2,(previaevaluaciónyanálisisdelrequerimien-to)corrigiendoantestodaimperfecciónquesenotase.Esteriegofinaltam-biénsedejarácurar48horas,traslocualsebarrerátodoexcesodeasfaltoacumuladoyprocederáaladistribucióndearenanaturalofriccional(2a3lt/m2),nomayorde5mm,ycuyafinalidadseráabsorberelasfaltoaúnfrescoeimpedirqueseadhieranlosneumáticosdelosvehículos.
Finalmente,seprocedealrodilladointensoconrodilloneumáticohastaobtenerunasuperficieselladaqueselibraráaltránsito.
Recomendaciones para el mantenimiento de la imprimación reforzada
La imprimaciónreforzadaesunaalternativaapta,eficienteyeconómicaparaca-rreterasdebajovolumendetránsitoyparasumantenimientoseejecutaránselloscada2ó3años.
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Figura V.3: Preparación de plataforma para la imprimación reforzada
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5.5.4 Partidas específicas para la capa de rodadura
Complementariamentea laspartidas indicadasen losacápitesanterioresensusprocedimientosconstructivosespeciales,sondeaplicaciónelManualdeEspecifi-cacionesTécnicasGeneralesparaConstruccióndeCarreterasNoPavimentadasdeBajoVolumendeTránsito,enlassiguientespartidas:
•Paralapreparacióndelasubrasante(capítulo2bmovimientodetierras):
Sección201B(2008) : Desbroceylimpieza.
Sección202B(2008) : Demoliciónyremoción.
Sección205B(2008) : Excavaciónparaexplanaciones.
Sección 206B (2008) : Remoción de derrumbes.
Sección210B(2008) : Terraplenes.
Sección211B(2008) : Pedraplenes.
Sección220B(2008) : Preparaciónymejoramientodesuelos a nivel de subrasante.
Sección 230B (2008) : Desquinche de taludes.• para lascapasgranulares (capítulo3bcapasdeafirmado,macadamgranular,suelosestabilizadosyotrassuperficiesderodadura):
Sección300B(2008) : Disposiciones generales para la eje-cucióndeafirmados,macadamgranu-lar,suelosestabilizadosyotrassuper-ficiesderodadura.
Sección301B(2008) : Capaanticontaminante.
Sección302B(2008) : Afirmado.
Sección 306B (2008) : Suelo estabilizado con cemento Port-land.
Sección 307B (2008) : Suelo estabilizado con cal.
Sección308B(2008) : Sueloestabilizadoconproductosquí-micosy compuestos multienzimáti-cos orgánicos.
Sección 309B (2008) : Suelo estabilizado con sal (cloruro de sodio).
Sección 310B (2008) : Suelo estabilizado con grava.
Sección315B(2008) : Imprimaciónreforzada.
Geología, suelos y capas de revestimiento granular
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Sección 320B (2008) : Macadam granular.
Sección325B(2008) : Empedrados.
Sección 330B (2008) : Adoquinados.
Sección350B(2008) : Separacióndesuelodesubrasanteycapasgranularescongeotextil.
5.6 Fuente de materiales - cantera
Seefectuaráunestudiodecanteras-fuentesdematerialespararellenos,capadeafirmadoyparaobrasdeconcretohidráulico.Paraelcasodecanterasquetenganestudiosprevios,seefectuaránsolamenteensayosqueconfirmenlacalidadypotenciadelasmis-mas.
Lascanterasseránevaluadasyseleccionadasporsucalidadycantidad(potencia),asícomoporsumenordistanciaalaobra.Lasprospeccionesqueserealizaránenlas canteras se efectuarán en base a calicatas de las que se obtendrán las muestras necesariasparalosanálisisyensayosdelaboratorio.
Elnúmeromínimodecalicatasseráde6de3.0mdeprofundidadoalternativamen-te12calicatasde1.5mdeprofundidadporhectáreapormediodesondeos,calica-tasy/otrincheras.Lasmuestrasrepresentativasdelosmaterialesdecadacanteraseránsometidasalosensayosestándar,mínimo06pruebasportipodeensayoafindedeterminarsuscaracterísticasyaptitudesparalosdiversosusosqueseannecesarios(rellenos,afirmados,concreto,etc.).
Atodaslasmuestrasselespracticaránensayosdeclasificación,entantoqueaunnúmerorepresentativodeltotaldelmuestreoselesefectuaránensayosdecompac-tación,CBRyaquellosquepermitandeterminar laspropiedadesmecánicasyderesistencia.
Laexploracióndelascanterasofuentesdematerialesdebecubrirunáreaquease-gureunvolumendematerialútilexplotabledelordende1.5veceslasnecesidadesdelproyecto.
Estos trabajosseefectuaránacriterio,experienciay responsabilidaddelproyec-tista, los resultadosyconclusionesquepresentedebenser los representativosyconunaconfiabilidadaceptada,detalmaneraquelosmaterialesprocedentesdelascanterasseleccionadasporelproyectistacumplanestrictamenteelManualdeEspecificacionesTécnicasparaConstruccióndeCarreterasNoPavimentadasdeBajo Volumen de Tránsito.
Elinformegeotécnicodecanteras–fuentesdematerialesdebenincluir,almenos,la siguiente información:
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
• Ubicaciónypotenciadelacantera.
• Condicionesdeexplotacióntalescomonivelfreático,accesos,pendientes,taludes, etc.
• Característicasprincipalesdelosmaterialesquepuedanobtenerse.
• Característicasypropiedadesdelosmaterialesparadefinirsuaptitudcomoagregadospararellenos,afirmado,macadamgranular,grava,concreto,etc.
• Rendimientospor tipodeuso, limitacionesocondicionantesconstructivasquepuedanrestringirsuuso(porejemplo,condicionesdehumedad,sobretamaño,etc.)
• Propiedadydisponibilidaddeusodelacanteraofuentedemateriales.
• Ubicacióndelasfuentesdeaguaysucalidadparaserusadaenlaobra.
Topografía
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Capítulo 6
TOPOGRAFÍA
Topografía
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
TOPOGRAFÍA
6.1 Consideraciones generales del trazo
Lalocalizacióndeunarutaentredospuntos,unoinicialyotroterminal,establecidoscomocondiciónprevia,implicaencontrarunafranjadeterrenocuyascaracterísticastopográficasyfactibilidaddeuso,permitaasentarenellaunacarreteradecondicio-nesoperativaspreviamentedeterminadas.
Elprocedimientodelocalizaciónempiezatradicionalmente,conladeterminacióndeuntrazadotentativomediantelaseñalizacióndeunalíneadebanderasatravésdelterritorio,cuandoésteesdetopografíaplanauondulada,siguiendoenloposiblelarutamásdirectaentrelosextremosfijadosparalacarretera,conlacondicióndeirsalvandolosaccidentesnaturalesylasedificacionesoinstalacionesquerevistanuncarácterrelativamenteintangibleporsuimportancia.Enlospuntosdeinflexióndelapoligonalquesevaformando,seseñalizaeltrazadoconalgúnelementotalcomounabanderaquepermiteidentificarelrecorridoseguido.
Cuandoelterritorioesaccidentado,eltrazoresultacontroladoporlasinclinacionesdelterreno.Enestoscasos,ademásdevencerlosaccidentesimportantes,eltrazose enfrenta a la necesidad de salvar la diferencia de alturas en los tramos en que se requiereascenderodescenderparapasarporpuntosobligadosdelaruta.
Para estos casos, se traza en el terreno una línea de gradiente. Se trata de un ali-neamientodedirecciónvariablequetienelaparticularidaddeascenderodescenderelterrenoconunapendienteconstanteparaeltramo,elegidaocalculadaprevia-menteen razónadosparámetrosprincipales: laalturaporsalvary lapendientemáximapromedio,aceptablepara lacarretera.Lapendienteseleccionadaestaráalgunospuntospordebajodeesapendientemáxima,comocriterioprevisordadoquehayqueasegurarqueeneltrazodefinitivoserequierenosobrepasarlaspen-dientesmáximaspermitidas.
Lamaterializacióndeestetrazadotentativoopreliminartradicionalmentesehaceconlaayudadeuneclímetro.Esteesuninstrumentomanualquepermiteseñalarlahorizontabilidadmedianteunnivelylapendientedeseadamedianteunvisorgra-duadorespectoalahorizontal.Deestamanera,eloperadorseñalaaquienportalamira,suubicaciónenelterrenoenunapoligonalqueasciendeodesciendeconla pendiente establecida.En cadapunto, seestacael terrenoparanoperder lareferenciaysemideladistanciaentreestacasyconunabrújulaelazimutdecadaalineamiento.Esteprocedimientoessimilartantoparaeltrazadodelalíneadeban-deras, como de la línea de gradiente.
Topografía
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Enlaactualidad,ademásdelosmétodostradicionalesparalalocalizacióndeunaruta,seempleanlafotografíaaéreaylamodelacióndigitaldelterreno,asícomolosmodelosdeelevaciones.Enestoscasos,siempreesnecesariounreconocimientodetalladoprevio.De locontrario,se requerirángrandes franjasconrecubrimientoaerofotográficoyextensosmodelos.
6.2 Topografía y trazado
Elplanotopográficoeslarepresentacióngráficadelterreno,desusaccidentes,delsistemahidrográfico,ydelasinstalacionesyedificacionesexistentes,puestasporel hombre. El relevamiento topográficomuestra las distancias horizontales y lasdiferentescotasoelevacionesdeloselementosrepresentadosenelplanomediantecurvasdenivelaescalasconvenientesparalainterpretacióndelplanoporelinge-nieroyparalaadecuadarepresentacióndelacarreteraydelasdiversasestructu-rasquelocomponen.
Enlosreconocimientos,serecomiendausardepreferenciaplanosaescalaenelrangoentre1:2000y1:10000concurvasdenivel,aintervalosdealturade5m.Enterrenosmuyempinados,noesposibleeldibujodecurvasaesteintervaloyseránecesarioelegirunintervalomayorenqueladistanciahorizontaleneldibujo,entredoscurvasdenivelseamayora1mm.
Enlosdiseñosdefinitivos,serecomiendautilizarplanosenplantahorizontalesnor-malmenteenelrangode1:500y1:1000paraáreasurbanas;yde1:1000y1:2000paraáreasrurales.Ycurvasanivelaintervalosde0.5m.a1.0m.dealturaenáreasruralesyaintervalosde0.5m.enáreasurbanas.
Losplanostopográficosparaproyectosdefinitivosdegranmagnituddebenestarrefe-ridosaloscontrolesterrestresdelacartografíaoficial,tantoenubicacióngeográficacomoenelevación,paralocualdeberáseñalarseenelplanoelhitoDatumoBMtomado como referencia.
El trazadose referiráa lascoordenadasseñaladasenelplano,mostrandoen lastangentes,elazimutgeográficoylascoordenadasreferencialesdePIs,PCsyPTs,etc.
Ellevantamientotopográficopuedehacerseusualmenteendosformasalternativas.Lamáscomúnresultaserellevantamientoejecutadoenunaestrechafranjadelte-rritorio,alolargodelalocalizaciónproyectadaparalacarreteraysuderechodevía.Laalternativaeshacerlevantamientostopográficossobreunáreamásampliaquepermitiráelestudioengabinetedevarianteseneltrazoparaoptimizareldiseñoyminimizar los costos.
175
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Enelcasodel levantamientorestringidoaprácticamenteelderechodevíade lacarretera, el trabajo se realizara simultáneamente con el estacado preliminar enel terrenoyseguramentedefinitivo.Estetrazadoconstituyeloquesedenominaeltrazado directo. El sistema alternativo se denomina trazado indirecto.
6.3 El trazo directo
Definida la ruta y fijado el punto de partida y los puntos obligados de pasoquedefinentramosdelaruta,seejecutaunestacadopreliminarseñalandolarutaysecalcula el nivel del terreno en cada estaca.
Mediante el seccionamiento transversal del terreno, en cada estaca, midiendo lon-gitudesconcintamétricayelevacionesconeleclímetro(figura6.1.3.1),elniveloelteodolito,serealizaellevantamientotopográficodelaseccióntransversalquecubri-ráunáreasuficientementeampliaparadiseñarlacarretera,susdiversasestructurasyobrasdearteyparaacondicionarelderechodevía.Losdatosdecadaseccióntransversaldeberánsersuficientesparapermitirlarepresentacióndelascurvasdenivelenlafranjaqueocuparalacarretera.Enlaactualidad,ellevantamientodelaseccióntransversaltambiénserealizaconlaestacióntotal.
Enlostramosenquelapendienteescondicionanteprincipal,senecesitafijarunapendienteenel trazoquegarantice llegaralpróximopuntoobligadodepaso.Lallamadalíneadegradientecorrespondeaesetrazo.Paraesteefecto,sefijalapen-dientepromediorequeridaparaladistanciaentrepuntosdepasoyseutilizacuandomenosuneclímetroparaseñalizarconbanderaslospuntos.Lapendientepromediodelalíneadegradienteentramoscríticosdebeserprevisoramentecomomáximo,un60%delapendientemáximaaceptableenlanorma,delarasanteentramorectoparalaclasecorrespondientedecarretera.
Conocidalarutapreliminarenelterreno,labrigadadetrazo,fijaeleje,mediantetangentesyunestacadoycalculaytrazalascurvasentretangentes.
Encadaestaca,selevantalaseccióntransversalenunanchoquedependedelanaturalezadelproyectoydelterreno.
Enelgabinetesereconstruyelaplantadelafranjadelacarretera,elperfillongitudinaldelejeylasseccionestransversales.
Eltopógrafodebelevantaradicionalmentelareferenciadetodaedificación,insta-lación,propiedad,carreterasdeaccesoyaccidentenaturaloartificial,ubicadoenlafranjalevantada,quesejuzgueseránecesariotomarencuentaparaeldiseñodelproyecto.Oampliaráeláreadelevantamientosielingenierolojuzganecesario.Deberá incluirse tambiénel levantamientodetalladodetodos loscursosdeaguatransversalesalacarreteraseanestospermanentes,estacionalesyeventuales.
Topografía
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Figura 6.1.3.1
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Elestacadoseguidoalolargodeleje,correspondeasínormalmentealapoligonaldellevantamientoysalvoeventualescorreccionescomoconsecuenciadeposiblescambios.Eltrazadomaterializado(estacado)correspondetambiénalreplanteodelproyecto.
Sefijan,entonces,enelterrenolasreferenciastopográficaspermanentesqueper-mitiránreplantearelalineamientodelejedelacarreterayelestacadodelproyectoenloscasosenqueelestacadodesaparezcaporcualquiercausa.Estasreferen-ciasomonumentosseconstruyenenlugaresestablesnosujetosacambios.
6.4 El trazado indirecto
EnelPerú,sehadenominadotrazadoindirectoalprocedimientoderealizarlevan-tamientos topográficos precisos, en una franja amplia del terreno.Y el trazo delejeserealizaenelgabinetesobrelosplanosdetopografíaolosmodelosdigitalesproductodellevantamiento.
Definidalarutaysuspuntosobligadosdepaso,sehacenlevantamientostopográfi-cosdeprecisiónenunafranjadelacarreteraquecubralasmejoresposibilidadesdecolocareltrazoyanalizarsusvariantes.
Latopografíapuedelevantarsepormétodosterrestresconequiposdetopografíaconvencionalqueresultenenuntrabajolentooconequiposelectrónicosdemayorprecisiónyrapidez.Tambiénseutilizaycadavezmásfrecuentementelevantamien-tosporrestituciónaerofotogramétricaoimágenessatelitales.
Entodosestoscasos,sepuedeautomatizarlamedición,losregistros,laelabora-cióndeplanosyelcómputodelmovimientodetierrasmediantelaorganizacióndebasesdedatosyladigitalizacióndelosplanosdeldiseño.Elproyectoserealizaenelgabinete,pudiéndoseestudiarconfacilidadlasalternativasdetrazoyvariantes.
Elreplanteodeltrazoysumonumentaciónpuederealizarseencualquieroportunidadposteriore,incluso,soloaliniciarselasobras,paralocual,durantelaetapadellevan-tamientotopográfico,monumentanconvenientementelasreferenciasterrestres.
6.5 Sistema de unidades
Entodoslostrabajostopográficosseaplicaráelsistemamétricodecimal.
Lasmedidasangularesseexpresaránengrados,minutosysegundossexageci-males.
Lasmedidasdelongitudseexpresaránenkilómetros(km);metros(m);centímetros(cm)omilímetros(mm),segúncorresponda.
Topografía
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6.6 Sistemas de referencia
Elsistemadereferenciaseráúnicoparacadaproyectoytodoslostrabajostopo-gráficosnecesariosparaeseproyectoestaránreferidosaesesistema.Elsistemadereferenciaseráplano,triortogonal,dosdesusejesrepresentanunplanohorizon-tal (unejeen ladirecciónsur-norteyelotroen ladirecciónoeste-este,según lacuadriculaUTMdeIGNparaelsitiodellevantamiento)sobreelcualseproyectanortogonalmentetodoslosdetallesdelterrenoyaseanaturalesoartificiales.Eltercerejecorrespondealaelevación,cuyarepresentacióndelterrenoseharátantoporcurvasdenivel,comoporperfilesyseccionestransversales.Porlotanto,elsistemade coordenadas del levantamiento no es el U.T.M., sino un sistema de coordena-dasplanasligado,envérticesdecoordenadasU.T.M.,loquepermitiráefectuarlatransformaciónparaunaadecuadageoreferenciación.Lascotasoelevacionessereferirán al nivel medio del mar.
Elmétodoutilizadoparaorientarelsistemadereferenciaypara ligarloalsistemaUTMdelIGNsedescribiránenlamemoriadescriptiva.
Paraefectosdelageoreferenciación,debetenerseencuentaqueelPerúestáubica-doenlaszonas17,18,19yenlasbandasM,L,K,segúnladesignaciónUTM.
ElelipsoideutilizadoeselWorldGeodeticSystem1984(WGS-84)elcualesprácti-System1984(WGS-84)elcualesprácti-camenteidénticoalsistemageodésicode1980(GRS80),yqueesdefinidoporlossiguientesparámetros:
Semiejemayor a 6 378 137 m
Velocidad angular de la tierra w 7 292 115 x 10-11rad/seg.
Constante gravitacional terrestre GM 3 986 005 x 108 m3/seg2
Coeficientearmónicozonalde2ºgradodegeopotencial
J2 C2.0 = 484.16685 x 10-6
ParaenlazarsealaRedGeodésicaHorizontaldelIGN,bastaráenlazarseaunaestaciónsilaestacióndelIGNesdelordenBosuperioryadosestacionesenelcasoquelasestacionesdelIGNpertenezcanordenC.ParaelenlaceverticalalaRedVerticaldelIGN,serequiereenlazarseadosestacionesdelIGNcomomíni-mo.
Paracarreterasdebajovolumendetránsitoseconsideradeseablecontarconpun-tosdegeoreferenciaciónconcoordenadasUTM,enlazadosalSistemaNacionaldelIGN,distanciadosentresínomásde10Km.ypróximosalejedelacarreteraaunadistancianomayorde500m.
179
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
6.7 Tolerancias en la ubicación de puntos
Latoleranciaparaerroresrelativosoposiciónalessepresentaenelcuadro6.7.
Cuadro 6.7: Tolerancias para trabajos de levantamientos topográficos, replanteos y estacado
Fase de trabajotolerancias distancias
entre hitosHorizontal vertical
Georeferenciación 1:100 000 e = 5√K* 40 Km.
Puntos de control (Polígonos o triángulos) 1:10 000 e = 12√K* 0.5 Km.
Puntos del eje, (PC), (PT), puntos en curva y referencias 1:5 000 ± 10 mm. -.-
Otros puntos del eje ± 50 mm. ± 10 mm. -.-
Alcantarillas, cunetas y estructuras menores ± 50 mm. ± 20 mm. -.-
Muros de contención ± 20 mm. ± 10 mm. -.-
Límites para roce y limpieza ± 500 mm. -- -.-
Estacas de subrasante ± 50 mm. ±10 mm. -.-
Estacas de rasante ± 50 mm. ± 10 mm. -.-
Estacas de talud ± 50 mm. ± 100 mm. -.-
* e = Error relativo en milímetrosK=Distanciaenkilómetros
6.8 Trabajos topográficos
Lostrabajosdetopografíaygeoreferenciacióncomprendenlossiguientesaspectos:
a) Georeferenciación:
La georeferenciación se hará estableciendo puntos de control geográficomediantecoordenadasUTMconunaequidistanciaaproximadade10Km.ubicadosa lo largode la carretera. Lospuntos seleccionadosestaránenlugarescercanosyaccesiblesquenoseanafectadosporlasobrasoporeltráficovehicularypeatonal.Lospuntosseránmonumentadosenconcretoconunaplacadebronceensupartesuperiorenelquesedefiniráelpuntoporlainterseccióndedoslíneas.Lasplacasdebroncetendránunaleyendaquepermitareconocerelpunto.
Topografía
180
Estospuntosservirándebaseparatodoeltrabajotopográficoyaellosesta-ránreferidoslospuntosdecontrolylosdelreplanteodelavía.
b) Puntos de control:
Lospuntosdecontrolhorizontalyverticalquepuedanserafectadosporlasobrasdebenser reubicadosenáreasenquenoseandisturbadaspor lasoperacionesconstructivas.Seestableceránlascoordenadasyelevacionesparalospuntosreubicadosantesquelospuntosinicialesseandisturbados.
Elajustedelostrabajostopográficosseráefectuadoconrelaciónadospun-tosdecontrolgeográficocontiguos,ubicadosanomásde10km.
c) Sección transversal
Las secciones transversales del terreno natural estarán referidas al eje de la carretera.Elespaciamientoentreseccionesnodeberásermayorde20mentramosentangenteyde10mentramosdecurvasconradiosinferioresa100m.Encasodequiebres,enlatopografíasetomaránseccionesadicio-nalesenlospuntosdequiebre.
Seasignaránpuntosde lasección transversal con lasuficienteextensiónpara que puedan detallarse los taludes de corte y relleno y las obras dedrenaje hasta los límites que se requieran. Las secciones, además, deben extenderselosuficienteparaevidenciar lapresenciadeedificaciones,cul-tivos, líneaférrea,canales,etc.que,porestarcercanasal trazodelavía,podríaserafectadaporlasobrasdelacarreteraasícomoporeldesagüedelas alcantarillas.
d) Estacas de talud y referencias
Seestableceránestacasdetaluddecorteyrellenoenlosbordesdecadaseccióntransversal.Lasestacasdetaludestablecenenelcampoelpuntodeinterseccióndelostaludesdelaseccióntransversaldeldiseñodelaca-rretera con la traza del terreno natural. Las estacas de talud estarán ubicadas fueradeloslímitesde la limpiezadel terrenoy,enellas,se inscribirán lasreferenciasdecadapuntoeinformacióndeltaludaconstruirconjuntamentecon los datos de medición.
e) Límites de limpieza y roce
Loslímitesparalostrabajosdelimpiezayrocedebenserestablecidosenambos lados de la línea del eje en cada sección de la carretera, durante el replanteoprevioalaconstruccióndelacarretera.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
f) Restablecimiento de la línea del eje
Paralaconstruccióndelacarreteraalíneadeleje,serárestablecidaapartirdelospuntosdecontrol.Elespaciamientoentrepuntosdelejenodebeex-cederde20mentangenteyde10mencurvasderadiomenora100m.
Elestacadosereestablecerácuantasvecesseanecesarioparalaejecucióndecadaetapadelaobra,paralocualsedebenresguardarlospuntosdereferencia.
g) Elementos de drenaje
Loselementosdedrenajedeberánserestacadosparafijarlosalascondi-ciones del terreno.
Se considerará lo siguiente:
(1) Relevamientodelperfildelterrenoalolargodelejedelaestructuradedrenajequepermitaapreciarelterrenonatural,lalíneadeflujo,laseccióndelacarreterayelelementodedrenaje.
(2) Ubicacióndelospuntosdeloselementosdeingresoysalidadelaestructura.
(3) Determinarydefinirlospuntosqueseannecesariosparadeterminarlalongituddeloselementosdedrenajeydeltratamientodesusingre-sosysalidas.
h) Muros de contención
Paralaconstruccióndelacarreteraserelevaráelperfillongitudinaldelte-rrenoalolargodelacaradelmuropropuesto.Cada5m,yendondeexis-tan quiebres del terreno, se deben tomar secciones transversales hasta los límitesqueindiqueelsupervisor.Ubicarreferenciasadecuadasypuntosdecontrolhorizontalyvertical.
i) Canteras
Se debe establecer los trabajos topográficos esenciales referenciados encoordenadasUTMdelascanterasdepréstamo.Secolocaráunalíneadebasereferenciada,límitesdelacanterayloslímitesdelimpieza.Tambiénseefectuarán secciones transversales de toda el área de la cantera referida a lalíneadebase.Estasseccionessetomaránantesdeliniciodelalimpiezayexplotaciónydespuésdeconcluidalaobraycuandohayansidocumplidaslasdisposicionesdeconservacióndemedioambientesobreeltratamientode canteras.
Topografía
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j) Monumentación
Todos lo hitos ymonumentación permanente que se coloquen durante laejecucióndelavíadeberánsermateriadelevantamientotopográficoyre-ferenciación.
k) Levantamientos misceláneos
Se efectuarán levantamientos, estacado y obtención de datos esencialesparaelreplanteo,ubicación,controlymedición,entreotrosdelossiguienteselementos:
1) Zonasdedepósitosdedesperdicios.2) Víasqueseaproximanalacarretera.3) Zanjas de coronación.4) Zanjas de drenaje.5) Canalesdisipadoresdeenergía,etc.
Ycualquierelementoqueestérelacionadoalaconstrucciónyfuncionamien-to de la carretera.
(l) Trabajos topográficos intermedios
Todoslostrabajosdereplanteo,reposicióndepuntosdecontrolyestacasreferenciadas,registrodedatosycálculosnecesariosqueseefectúendu-ranteelpasodeunafaseaotradelostrabajosconstructivos,seejecutaránenformaconstanteafindepermitirelreplanteodelasobras,lamediciónyverificacióndecantidadesdeobraencualquiermomento.
6.9 Geometría de la carretera
Seincorporanlassiguientesdescripcionesparasuusoporquienesseenfrentenalanecesidaddeelaborardiseñosdecarreterasvecinalesenterritoriosalejadosdelas tecnologías electrónicas de trazado vial.
Elementos y cómputo de curvas horizontales circulares
Eneldiseñodelacurvaseconocelaubicacióndelpuntodeinterseccióndelalinea-mientoodelPI,enrelaciónalestacadoprogresivodelalineamientodellegada.
Tambiénseconoceelazimutdeambastangentesyportantoelángulodelalinea-miento.
Seseleccionael radiode lacurvacorrespondientea lavelocidaddediseñocomomínimo.Pero,deserposible,debesermayoralcorrespondienteaesavelocidad.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Enlafigura6.9.1seaprecianlossiguienteselementosdelacurva.
Figura 6.9.1
Ejemplonuméricodecómputodeunacurvapara:
Topografía
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El estacado de la curva resulta como sigue:
Uso de coordenadas de referencia al diseño
Elusodecoordenadasde referenciaenel levantamiento topográficodel terrenoresultaobligatorioparaobteneruncómputoprecisodeunalineamientodelejedeunacarretera.Lascoordenadaspuedensergeográficassisetienenunareferenciacercana,paraenlazarelproyectoalsistemageográfico.
PerocuandoelproyectoespequeñoynosetienereferenciascercanassepuedeestablecerunsistemaarbitrariodecoordenadasortogonalesNorte-Sur.(Verfigura6.9.2)
La referenciaaunsistemadecoordenadasdebidamentemonumentadas,segúnlaimportanciay/ocaracterísticasdelproyecto,esnecesaria,cualquieraseaeltipodecoordenadasautilizarse.LasreferenciascoordenadasdelosPI,PCyPT,asícomoelazimutdelatangente,permitenalcanzarprecisióneneldiseñoyenlosre-planteosdelproyecto,sobreelterrenoyevitaacumulacióndeerrorespormínimosque sean.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 6.9.2
Distancia de visibilidad en curvas horizontales
Lavisibilidadesafectadaporobstáculoslateralestalescomo,casas,paredes,ár-boles, muros, o laderas.
• Banquetas de visibilidad
Cuandoenunacurvahorizontal,seaestacircularoprovistadeespiraldetransición,nosecumpleconelrequisitomínimodevisibilidad,esdecirqueendeterminadasecciónnosepuedeestablecerlaexistenciadedistanciadevisibilidaddeparadaenelejedelavíainteriordecirculación(queeselcasomásdesfavorable),elpro-cedimientoparahacerqueéstaexigenciasecumpla,consisteenlaconstruccióndeunabanquetadevisibilidad,queessimplementeunmayorcortedeltaludinteriordelacura,quepermitiráampliarlavisibilidadenlacurva.
Topografía
186
Entonceslacurvaquedefinelabanquetadevisibilidadserálaenvolventedelasrectasqueunenlospuntosdelejedelavíainterior,quedistanentresíladistanciadevisibilidaddeparada.
EnlasN.P.secontrolaésterequisitoysedeterminalabanquetadevisibilidadva-liéndosedelprocedimientoilustrado.
Figura 6.9.3
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
En donde:
Elgráficomuestraunarelaciónlinealparalavariedaddevelocidadyradio.
Velocidad(Kph) 35 50 60Dist.deparadadeseable(m) 47 63 90Dist.deparadamínima(m) 47 63 83
6.10 Geometría del alineamiento vertical
El perfil longitudinal
Elperfillongitudinaldeunacarreteradebeserunalíneacontinua,yloscomponen-tesgeométricosdelejeenesteplanoverticalsondos:
• Lalínearectainclinada,llamadagradienteopendiente.
• Lacurvavertical.
–Convexaocresta.
–Cóncavaocolumpio.
La pendiente
Lapendientedeunacarreteraesnuméricamenteelvalordelascensoverticalporcada100metrosdeavancehorizontal,seexpresaenporcentaje.
Topografía
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Delgráficopodemosdeducirtambiénquesuvaloresigualaldelatangentetrigo-nométricadelángulodeinclinaciónmedidaenporcentaje.Casinuncaunacarreteraeshorizontal.Porlomenosyparafacilitareldrenaje,ellímitemínimodelapendien-tees0.5%yellímitemáximoestádadoporconsideracionesfuncionales,pueslosvehículosdecarganopuedenvencerpendienteselevadassinunareducciónapre-ciabledesuvelocidad,loqueinterfiereconunnormalfuncionamientodelavía.
Lapendienteasimplevistaesimpuestaporlascaracterísticasdelterrenoporladi-ferenciadealturayporladistanciaquehayentrelospuntosquesequiereunir.Peroeshabilidaddelproyectistaconseguir (conuncriterio fundamentaldeeconomía)controlareldesarrollode lapendientedentrodeciertos límitesque imponente laseguridaddetránsitoylascaracterísticaspropiasdepotenciaycargadevehículos,frentealascaracterísticastopográficasdelterritorio.
6.11 Alineamiento vertical
Curvas verticales
CadaP.I.verticalesidentificadoalmáscercanodécimodecentenademetros.LalongitudLdelacurvaesusualmentedefinidaalamáscercanacentenademetros.
La relación KA
L= , cuandoAes ladiferenciadegradienteenporcentaje,esel
factorKquesignificaladistanciahorizontalenmetrosrequeridosparacambiarun(1)gradoenpendiente.Esporellounamedidadecurvatura.
ValoresdeK
Velocidaddeldiseño Kph 35 50 60
Mínima distancia de visibilidadCóncava 5 9 16
Convexa 8 12 17
Deseable distancia de visibilidad de parada
Cóncava 5 9 19
Convexa 8 12 19
Curvas verticales cóncavas o columpios
Enlascurvasverticalescóncavasnoexisteproblemadevisibilidaddiurnapueslosconductoresnotienenimpedimentoparadivisarse.Entonces,lafinalidaddeestascurvasesdedaruniformidadalmovimientodevehículo,desapareciendoesefeoefectodecolumpioqueseproduceenuncambiodependiente.
En las noches, la condición obligatoria será tal, que en todo momento dentro de la curva losfarosalumbrenunadistanciamínimaigualaladistanciadevisibilidaddeparada.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
6.12 Diseño y cómputo de curvas verticales
Cómputo de las elevaciones
Normalmente laselevacionesseráncomputadasalcentímetro(0.01m).Lasgra-dientesseráncomputadascomounporcentajecondosdecimales.
Lospuntosdelperfildelarasanteseránindicadosencadaseccióncomosigue:
• Paraunaseccióndecalzadaúnica,alolargodelejeC.
• Paraunaseccióndedoblecalzada,conseparadorcentral,enlaintersecciónentreelseparadoryellímitedelasuperficiederodadura.
Laselevacionesdelagradienteseránmostradasenelperfil,comosigue:
• Paralasseccionesnormales,cada20m.
Curvas verticales
Lascurvasverticalessonarcosparabólicos.Ladeflexióndesde laparábolaa latangentevaríaconelcuadradodeladistanciadesdedelpuntodetangencia.Paradeterminarelperfildelarasante,lasdeflexionesdesdelatangentesecomputan,adicionándolas o restándolas de la cota de tangente (Figura 6.12.1)
Figura 6.12.1
Topografía
190
Y = DeflexióndeP,enm.
X = Distancia horizontal de P, desde PC o PT, en estacas.
S = Pendiente de la tang. en P en %.
Po = Eselmásaltoomásbajopuntodelacurva.
Xo = DistanciahorizontalentrePoyelP.C.
Disminución de la pendiente en las curvas
Enlaplantadeunacarretera,elelementoquecontrolalavelocidadeselradiodelacurvaytambiénenperfil.Lapendienteentodomomentoestácontrolandolaveloci-dad.Enlascurvasconpendientessesuperponenestosdosparámetrosdecontrol,dificultandolamaniobrabilidadyfluidezdeltránsitodelosvehículos,especialmenteen las curvas de vuelta cerradas.
Laformadecompensarestasuperposicióndeobstáculosesdisminuyendolapen-dienteenlascurvasyeneltramorectocontiguoconelobjetodequelosvehículostenganlaoportunidadderetornarasuscondicionesinicialesqueprevalecíanantesde tomar la curva.
Lasreglasquesedanalrespectosepuedenreduciradosenunciadosquesonlossiguientes:
1ra. Cuando los radios de curva son inferiores a 150 m, se suele disminuir la pendientedelacurvaen0.5%porcada15m.queelradiobajede150m.
2da. Pararadiosmenoresde100m,lapendienteenlacurvanodebeexcederdel5%.
191
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Además la fórmulaqueregula ladisminuciónde lapendienteencurvases lasi-guiente:
C = Reduccióndelapendiente(entantoporciento).i = Pendiente(entantoporciento).R = Radio de la curva (en metros).
6.13 Coordinación entre el trazo en planta y el trazo en elevación
Eltrazogeométricodeunacarreteraresultade lacombinaciónarmoniosade lascaracterísticasdesuplantaydesuperfil.Siseanalizaindependientementecadaunadeellas,esposiblequesecumplaconlosrequisitosobligadosporlasnormas;perosisecombinan,porejemplo,losanálisisdevisibilidad,esposiblequesetengaquehaceralgunasmodificacionesparaqueéstasecumplaenlaplantayenelperfilconjuntamente.
Paraobtenerestacombinaciónarmoniosayeficazdeacuerdoalasnormasestable-cidas,yconelobjetodetenersolucionesqueseadecuenalterrenoyaconsidera-cionesdemenoscostoymayorseguridad,sedebeobservarlassiguientesreglas:
• Las características geométricas serán uniformes evitándose variacionesbruscas,tantoderadioscomodependientes,loquefavorecelafluidezdeltránsitoyevitacambiosbruscosenlavelocidaddirectriz.
• Debeevitarsecolocar curvashorizontalesen lospuntosaltosobajosdelperfillongitudinal.
• Seevitaráhastadondeseaposiblelastangenteslargasconpuntosaltosybajos (tobogán).
• Eltrazadoenconjuntoarmonizaráconelpaisajeoentodocasodeberáper-turbarlomenosposible.
• Evitar crucesde carreterasen curvashorizontales o verticales y, en todocaso,estudiarmuybienlavisibilidadparalasmaniobrasdesalidayentradade la carretera.
6.14 Planos básicos del proyecto
Losplanosbásicosdediseñodelproyecto,sonelplanodelperfillongitudinal(figura6.1.13.1)yelplanodeseccionestransversales(figura6.1.13.2).
38iC = R
Topografía
192
Elplanodeplantacontiene la topografíadel terrenodondeseubicaelproyecto,mostrandotodosloselementosexistentesylascurvasdenivelycotasdeelevaciónposibles,incluyendolasreferenciasdeinstalacionesexistentes.
Estaplantallevarátambiéncuandomenoseldiseñodelejeproyectadodelacarre-tera,asícomoloslímitesdelDerechodeVíadefinidoporlaautoridadcompetente.
193
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
Figura 6.13: Diseño en planta
Topografía
194
Figu
ra 6
.13.
2
195
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
6.15 Replanteo de una curva circular con PI accesible
FÓRMULAS:
Longitud de la curva : L=πδ R/180 δ :engrados
Tangente : T = R.Tan. (δ/2)
Externa : E = R. (Sec (δ/2)–1)
Ángulo Φ : Es el ángulo central medido desde PC (o PT) hasta la posicióndelaestaca).
Ángulo Φ : Φ=180.distancia/(π.R)
Distancia : Es la segunda columna del cuadro, esto es, la longitud acumulada de la cuerda.
Cuerda : Es medida entre dos estacas consecutivas.
Abscisa : X = R.Sin (Φ)
Ordenada : Y=R.(1-Cos(Φ)
Ángulo a : a=Φ/2
Ejemplo:Teniendocomodatos:
R = 147m
δ =60º
Cálculos
Longitud de la curva L 153.94Tangente T 84.87Externa E 22.74Angulo central Φ 0.39.dis
Topografía
196
Capítulo 7
IMPACTO AMBIENTAL
199
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
IMPACTO AMBIENTAL
7.1 Preservación del ambiente y mitigación del impacto causado por los trabajos de obras viales en carreteras no pavimentadasde bajo volumen de tránsito
7.1.1 Introducción
Estecapítulocomprendelostrabajosquedebenefectuarseylasprevisionesquesetendránencuentaduranteelprocesodeelaboracióndeldiseñodefinitivode losproyectosvialesparacarreterasdebajovolumendetránsito,segúncorrespondanenrazóndelamagnitudynaturalezadelostrabajosarealizarse.
7.1.2 Objetivos
Elobjetivodelanormaesestableceryrecomendarmedidasdeprotección,preven-ción,atenuación,restauraciónycompensacióndelosefectosperjudicialesodañinosquepudieranresultardelproyectoyquedebanserconsideradosnecesariamentedurantelaelaboracióndeldiseñodefinitivo.Estasmedidasseplasmaránposterior-menteenelplandemanejoambiental,queeseldocumentotécnicoencargadodehacercumplirlasmedidaspropuestasdurantelasetapasdelproyecto(preliminar,constructiva,operaciónycierre).Losconstructoresysupervisoresdeobraseránlosencargadosdirectosdelcumplimientodelplandemanejoambiental.
7.2 Las siguientes actividades preliminares deben estar consideradas en el programa del estudio de las obras por ejecutar según corresponda al tamaño y naturaleza de cada proyecto específico
7.2.1 identificación de las condiciones de base
• Cursosdeaguaderíos,lagunas,manantiales,reservoriosyotros,suscepti-bles de afectación.
• Ambientesruralesprevisiblementeafectados.
• Poblacionesprevisiblementeafectadas.
• Poblacióndeflorasilvestreeventualmenteafectada.
• Poblacióndefaunasilvestreeventualmenteafectada.
Impacto ambiental
200
7.2.2 Programación de obras temporales y de acciones sociales con la comunidad
• Áreaocupadaporloscampamentos.Rutasdeacceso.
• Plandeabastecimientodeaguaparalasobras.
• Plandeabastecimientodeenergíaparalaobra.
• Plandesaneamientoytratamientodeaguapotableydeaguasservidasdeloscampamentos.
• Planderecojoydisposicióndebasura.
• Planderelacionessocialesentrelaconstructoraylacomunidadlocal.
• Identificacióndeaccionesfinalesdemitigaciónalretirofinaldelcontratista.
• Listadodecomprobacióndelretirodelcontratista.
7.2.3 Acciones necesarias a considerar según el tamaño y tipo de proyecto
• Identificacióndelsistemaactualdedrenajede lasaguasdeescorrentíaydezonasycursosdinámicosquepodríanafectarelproyectoparaproponereldiseñodelasobrasdemitigacióny/o,deserposible,elmejoramientodelsistema.
• Identificacióndelaafectaciónquepodríasufrirelsistemaderiegoylasáreasagrícolas,boscosasonaturales,paraplantearlasobrasdemitigaciónodemejoramiento, si fuera necesario.
• Identificacióndezonasafectadasporerosiónporagua,vientooporproble-mas de inestabilidad diversas.
• Identificacióndeterrenoshúmedosconproblemasdedrenajequerequierende soluciones inmediatas.
• Identificacióndezonasnaturalesporpreservar, talescomoríos,quebra-das,humedales,nevados, lagunas,bosques,santuariosparaanimalesyotros.
• Identificación de zonas arqueológicas, culturales o históricas, declaradascomopatrimonioculturaldelanación.
• Identificaciónderecursosecoturísticosconformadoporloscursosderíos,riquezadeflorayfaunasilvestre,paisajesyotros.
7.2.4 Utilización de recursos de la zona del proyecto
• Evaluacióndelaexistenciadecanterasdematerialesdepréstamo,suvolu-men,calidadydisponibilidadenlazonadelproyecto.
201
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
• Evaluacióndefuentesdeagua,suvolumen,calidadydisponibilidadenlazonadelproyecto.
• Evaluacióndeladisponibilidaddelamanodeobralocal,calificadaynocali-ficada.
• Evaluación de la existencia de especies nativas para revegetar las áreasafectadasporelproyecto.
• Evaluacióndeladisponibilidaddeáreasparainstalacióndecampamentos,patiosdemáquinas,talleres,oficinasyotrosenlazonadelproyecto.
7.2.5 Señalización del Derecho de Vía
• IdentificacióndelDerechodeVía.
• MarcadodelDerechodeVíarequeridoparaelproyecto.
7.2.6 Identificación de infraestructura y predios a ser afectados por el proyecto
• Identificacióndeviviendas,almacenes,depósitosuotrasedificacionesaserafectadas totaloparcialmenteporelproyecto,para lasqueseaplicaráelProgramadeAdquisicióndeÁreasporTratoDirecto(Ley27628);Expropia-ciones(Ley27117)odeReasentamientoPoblacional,segúncorresponda.
• Identificacióndeprediosagrícolas,ganaderos,minerosyotrosqueseránafectadosparcialo totalmenteporelproyecto,para losqueseaplicaráelprogramadecompensacióneconómica.
7.3 Actividades del proyecto que deben ser consideradas en el programa del estudio de las obras por ejecutar, según corresponda al tamaño y naturaleza de cada proyecto específico
7.3.1 Canteras de materiales
Deberá considerarse lo siguiente:
• Ubicaciónydistanciaalaobra.
• Tipodecantera:Bancodemateriales,zonasdepréstamo lateral,áreaencolina,lechoderío,rocafijayotros.
• Característicasdelosmaterialesenlacantera:Calidadypotenciaysucla-sificaciónparaaplicaciónapartidasdeobra.
Impacto ambiental
202
• Condicionesdepropiedadydisponibilidaddelacantera.
• Condicionesdeexplotación:
–Nivelfreático.
–Aguasdeescorrentía.
–Accesos.
–Pendientes.
• Procedimientosdeexplotación:
–Soloamano.
–Procedimientosmecánicos.
–Tipodetransporteautilizar.
–Rendimientoprobabledelaexplotación.
• Determinacióndelospuntosdondeseubicaránloscartelesdeseñalizacióninformativaydeprotecciónambiental.
• Plandemanejoambientalparasuexplotación.
• Planderestauraciónambientaldespuésdesuuso.
7.3.2 Fuentes de agua
Deberá considerarse lo siguiente:
• Ubicacióndefuentesdeaguaydistanciasalaobra.• Tipodefuente.• Calidaddeagua.• Cantidadestimada.• Disponibilidad.• Variaciónestacional.• Plandemanejoambientalparasuutilización.• Planderestauraciónambientaldespuésdesuuso.
7.3.3 Estabilización y tratamiento de taludes
Unode losmayores impactosquegeneran lasobrasviales,eseldeteriorode lossuelosyelambienteporladesestabilizacióndetaludesdecorteyderelleno.
Parapreveniromitigaresteimpacto,losproyectosdebenincluirlossiguientesas-pectos:
• Identificacióndetaludesqueseránafectados.
• Estudiogeotécnicoydedrenajedelostaludessusceptiblesdedesestabili-zación.
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Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
• Diseñodelproyectodeingenieríadestinadoaprevenirelriesgoymejorarenloposiblelascaracterísticaspaisajistasdelostaludesdecorteyderelleno.
• Plandemanejoambientalparasuestabilizaciónytratamiento.
• Planderestauraciónambientaldespuésdelaobra.
7.3.4 Depósitos para materiales excedentes originados por la obra
Losaspectosconcernientesaladisposicióndedepósitosparamaterialesexceden-tesdeobra,originadoporlosmovimientosdetierrayresiduos,revistegranimportan-ciaydebenserpreviamenteplanificado.
Debeconsiderarsecomomínimo,lossiguientesaspectos:
• Evaluaciónpreviadelvolumendematerialquevagenerar laobraensusdiferentesetapas(preliminar,constructivayoperación).
• Identificacióndelasprobablesáreasparadepósitosdematerialexcedentequecuentenconlaautorizacióndelaautoridadcompetente.
• Previsiónyprogramacióndelasetapasdegeneracióndematerialexcedente.
• Diseñoderutasdetransportequetrasladeelmaterialexcedente.
• Topografíadeláreaprevista.
• Plandemanejoambientalparaeltratamientodedepósitosdematerial.
• Planderestauraciónambientaldespuésdelaobra.
7.3.5 Tratamiento de residuos líquidos originados por la obra
Elobjetivodeefectuaruntratamientoplanificadoderesiduoslíquidosqueoriginelaobraesevitarlacontaminacióndelascorrientesdeagua,superficialesosubterrá-neas,medianteunadisposiciónadecuada.
Entalsentido,debenconsiderarselossiguientesaspectos:
• Definicióndelasactividadesquepuedenproducircontaminacióndeaguas.
• Determinacióndelasinstalacionesquesedotaránparaminimizaroeliminarla contaminación de aguas.
• Identificacióndeloslugaresdondeseinstalaránestasinstalaciones.
• Plandemanejoambientalparaeltratamientoderesiduoslíquidos.
• Planderestauraciónambientaldespuésdelaobra.
Impacto ambiental
204
7.3.6 Tratamiento de residuos sólidos originados por la obra
Eltratamientoplanificadoderesiduossólidosquegenerelaobra,evitaráminimizarlacontaminacióndelambiente,deteriorarelentornopaisajistaypreverenfermeda-des.
• Entalsentido,debeconsiderarselossiguientesaspectos:
• Determinación del tipo y volumen de residuos sólidos que va originar laobra.
• Identificacióndeloslugaresdedisposicióninicialyfinal(botaderos).
• Coordinacióncon laautoridad localparaevaluar la implementacióndeunprogramadereciclaje.
• Plandemanejoambientalparaeltratamientoderesiduoslíquidos.
• Planderestauraciónambientaldespuésdelaobra.
7.3.7 Campamentos y patios de maquinarias
Porlogeneral, lasobrasvialesnecesitancampamentosypatiosdemaquinarias,motivoporlocualhayqueconsiderarmedidasparapreveniroreducirlosimpactosambientalesquepuedanproducirseduranteelfuncionamientodeéstasinstalacio-nes.
• Porloexpuesto,debeconsiderarselossiguientesaspectos:
• Evaluaciónde laszonasdondeseubicarán loscampamentosypatiosdemaquinarias,preferentementeenáreaslibres,deescasacoberturavegetalydetopografíaplanaparaevitarexcesivosmovimientosdetierra.
• Estasinstalacionesnodebeninterferirelusodelaguadepoblacionescerca-nas,sobretododefuentesdecaptaciónsusceptiblesdeagotarseocontami-narse.
• Deberápreverselainstalacióndeserviciosbásicosdesaneamiento,enunlugarseleccionadoquenoafectealoscuerposdeagua.
• El campamentonose localizaráenzonascercanasa corrientesdeaguaparaevitarescurrimientosderesiduoslíquidosquepuedanafectarlacalidadde agua.
• Paralainstalacióndepatiosdemaquinariasdebepreversesistemasdema-nejoydisposicióndegrasayaceites.
• Plandemanejoambientalparalainstalacióndecampamentosypatiosdemaquinarias.
• Planderestauraciónambientaldespuésdelaobra.
205
Manual para el Diseño de Carreteras NoPavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito
7.3.8 Monitoreo ambiental
Conlafinalidaddelograrlaconservaciónyusosostenibledelosrecursosnaturalesy el ambiente durante las diferentes etapas del proyecto, deberá implementarseunprogramademonitoreoambientalparacontrolarenelmediofísico,lacalidaddeagua,aireysuelos;enelmediobiótico,laszonasnaturalesyecológicasyenelmediodeinteréshumano,laszonasarqueológicasyculturales.
Enestecontexto,enlafasepreliminardelestudiodebeevaluarselossiguientesas-pectos:
• Ubicacióndelospuntosparaelmonitoreodecalidaddeagua,generalmentedondeseubicalafuenteprincipaldeagua,elcrucedeunríoprincipalyelcrucedeunaquebradatributariaimportante.
• Ubicacióndelospuntosparaelmonitoreodecalidaddeaire,generalmentedondesevaejecutarelmayormovimientodetierrasydondesevaconcen-trarelmayornúmerodemaquinariasqueoriginaráemanacióndegasesyruidos sonoros.
• Ubicacióndelospuntosparaelmonitoreodecalidaddesuelo,porlogenerallaszonasdemayorerosiónydesestabilización.
• Ubicaciónde lospuntosparaelmonitoreobiótico,en laszonasdemayorcoberturavegetalypresenciaecológica.
• Ubicacióndelospuntosparaelmonitoreodeinteréshumano,enlaszonasarqueológicas o culturales.
7.3.9 Costos de mitigación
Todoslostrabajosdeprevención,corrección,mitigaciónorestauraciónambientalqueresultennecesariasparaconservarelmedioambiente,formaránpartedelpro-yectoyconsecuentementesupresupuestodeejecuciónestaráincluidoenelpresu-puestodeobraaejecutarse.
Estoscostosambientalessedetallaránenelplandemanejoambiental(enelpro-gramade inversionesespecíficamente)yseránsustentadosconsus respectivosmetradosyanálisisdepreciosunitarios.
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TAREA ASoCiACión GRáFiCA EDuCATiVApaSaje maría auxiliadora 156 - Breña
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teléf. 332-3229 fax: 424-1582marzo 2008lima - perú
Ministerio de Transportes y ComunicacionesDirección General de Caminos y Ferrocarriles
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El Plan Binacional de Desarro-llo de la Región Fronteriza Perú-Ecuador fue constituido por los gobiernos de Perú y del Ecuador, con el propósito de impulsar y canalizar esfuerzos orientados a promover el desarrollo y elevar el nivel de vida de sus respectivas poblaciones.
La infraestructura vial es uno de los principales soportes para el desarrollo del ámbito de la región fronteriza con el Ecuador, en es-pecial los caminos de bajo volu-men de tránsito que interconectan poblaciones rurales, muchas veces localizadas en zonas lejanas fron-terizas.
Por ello, ha sido muy grato para el Capítulo Perú del Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fron-teriza Perú - Ecuador colaborar con el Ministerio de Transportes y Comunicaciones en el objetivo de difundir normas para la con-servación, diseño y especifi cacio-nes técnicas para la construcción de carreteras de bajo volumen de tránsito y, en particular, apoyar en la publicación del “Manual de Di-seño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito”, con un fi nanciamiento fruto de una co-operación que le fue otorgada por la Corporación Andina de Fomento – CAF.
Consolidando la paz con desarrollo.
Plan Binacional de Desarrollo de la Región Fronteriza Perú-EcuadorCAPÍTULO PERÚ
MANUAL DE DISEÑO DE CARRETERASNO PAVIMENTADASDE BAJO VOLUMENDE TRÁNSITO
REPÚBLICA DEL PERÚ
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Consolidando la pazcon desarrollo
Plan Binacional / 2 do pqte / Manual Diseño No Paviment / OT 9076 / Lomo OK 1.3 cm 208 pp / medida 53.8 x23.5 cm