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UNIVERSIDAD RICARDO PALMA

ESCUELA DE POSGRADO

MAESTRÍA EN INGENIERÍA VIAL

MENCIÓN EN CARRETERAS, PUENTES Y TÚNELES

CURSO: DISEÑO AVANZADO DE CARRETERAS y SEGURIDAD VIAL

TRABAJO N°2

ANALISIS, CRÍTICAS Y SUGERENCIAS MODIFICATORIAS AL TRAZADO VIAL: CARRETERA LIMA – CANTA.

Sector km 0+000 a km 5+000

ALUMNOS:

ESPEJO GOMEZ RUDDY JOSEGALINDO TRIGOS DANTE

GONZALES ROLDAN RICARDOLOPEZ GUERREROS FERNANDINO

LOPEZ LAZO ROBERTO

PROFESOR: Msc. Ing. RICARDO ZEVALLOS MENESES

Lima- Peru

Noviembre 2015.

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Dedicatoria

Dedicamos el presente trabajo, a la integridad de nuestras familias por el desinteresado acompañamiento brindado durante el desempeño de nuestra profesión y ahora en el reto que

representa el estudio del grado de maestría en ingeniería vial.

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Agradecimientos

Al PADRE CELESTIAL quien nos otorga salud y bienestar para emprender a diario la ardua labor como hijos, padres, profesionales y alumnos

A la Universidad Ricardo Palma por ofrecer el programa de Maestría en Ingeniería Vial, que persigue nuestro crecimiento profesional acorde a exigencias contemporáneas del mercado

laboral.

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Resumen

El presente trabajo de naturaleza descriptiva y critica, busca analizar, comentar, y promover consideraciones, cuestionamientos y ajustes al trazado geométrico de cinco (5) kilómetros de carretera del proyecto vial Lima- Canta, así como proponer innovaciones técnicas a la seguridad vial del mismo sector, con claro ánimo de poner de manifiesto los conocimientos adquiridos a lo largo del presente curso.

Se busca identificar las normativas tomadas en el proyecto, alertar su eficiente o deficiente aplicación, así como sugerir modificaciones a la geometría actual como ejercicio práctico en beneficio de los propios estudiantes conformantes del grupo.

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Tabla de Contenidos

ANALISIS, CRÍTICAS Y SUGERENCIAS MODIFICATORIAS AL TRAZADO VIAL: CARRETERA LIMA - CANTA (Km 0+000 a km 5+000)

Capítulo 1 Introducción.

1.1 Antecedentes…………………………………………………………….……..11.2 Ubicación………………………………………………………………………1 1.3 Objetivos………………………………………………………………….........21.4 Topografía……………………………………………………………………...4

Capítulo 2 Marco Teórico Fundamental:

2.1 Estado Actual de la carretera ……………………………….…….…………….42.2 Clasificación Vial……………………………………………………………….4

2.3 Vehículo de Diseño…………………………………………………………….5 2.4 Velocidad de Diseño………….….……………………………………………..6 2.5 Distancia Visibilidad

2.5.1 De parada……………………………………………………….6 2.5.2 De Paso o adelantamiento……………………………………....7

2.6 Trazado Horizontal o Planta 2.6.1 Radio de Curva…………………………………………………..7 2.6.2 Curva de Transición……………………………………………..8 2.6.3 Transición de Peralte……………………………………………9 2.6.4 Sobre ancho……………………………………………………..102.7 Trazado Vertical o Elevación

2.7.1 Pendiente………………………………………………………..11 2.7.2 Curvas Verticales………………………………………………..11 2.7.3 Tramo de Descanso……………………………………………...13

Capítulo 3 Marco Teórico Específico: 3.1 Dimensionamiento Sección Transversal de Proyecto……………………….…13 3.2 Dimensionamiento Planta según proyecto……………………………….…….15 3.3 Dimensionamiento Perfil longitudinal según proyecto…………………….…..15 3.4 Secciones Transversales según proyecto……………………………….……....18

Capítulo 4 Desarrollo y Aplicación de la Investigación:

4.1………………… 4.2…………………

Capítulo 5 Discusión de Resultados ……………………………………………….…5.1 5.2 ………………………………………..

Capítulo 6 Conclusiones y Recomendaciones……………………………………………

Capítulo 7: Panel gráfico: Secciones típicas…………………………………

Anexos: Planos en Planta, Perfil Longitudinal y Secciones Transversales

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LISTADO DE TABLAS

Tabla N°1: Características geométricas básicas Tramo Lima –Canta…………………….4

Tabla N°2: Velocidad de diseño según orografía…………………………………………4

Tabla N°3 Velocidad de diseño según orografía…………………………………………..6

Tabla N°4: Longitud de Curvas de Transición…………………………………………….8

Tabla N°5: Elementos de Sección Transversal Lima- Canta……………..……………….13

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LISTADO DE FIGURAS

Figura 1: Localidades notables del proyecto……………………………………………….……2

Figura 2: Plano Clave: Ubicación de proyecto..……………………………………..…………..2

Figura 3: Plano de Estacado Importante de proyecto…………………………………………...3

Figura 4: Orografía del Tramo…………………………………………………….…………….3

Figura 5 Clasificación de Carretera según Orografía…………………………….……………..4

Figura 6: Vehículo de Diseño T3S2…………………………………………………………….5

Figura 7: Dimensionamiento de curvas y giros según Vehículo de Diseño T3S2……………...5

Figura 8: Distancia Mínima de Parada según velocidad de diseño y pendiente longitudinal…..6

Figura 9: Ecuación para Distancia Mínima de Parada DG 2001………………………………7

Figura 10: Distancia de paso según velocidad de diseño, DG 2001…………………………...7

Figura 11: Ecuación Radio mínimo según fricción de vía……………………………………..7

Figura 12: Radios Mínimos de curva para peralte de 8%...........................................................8

Figura 13: Ecuación para cálculo Curva de Transición………………………………………...8

Figura 14: Máxima Inclinación y Longitud para Transición de peralte……………………….9

Figura 15: Longitud de Transición de peralte según velocidad con bombeo inicial de 2.5% y

eje de giro de peralte B=3.6 m……………………………………………………………….…9

Figura 16: Factores de Reducción de sobre ancho…………………………………………….10

Figura 17: Ecuación de cálculo para Sobre ancho…………………………………………….10

Figura 18: Calculo de Curvas verticales convexas…………………………………………....11

Figura 19: Longitud Mínima de Curvas verticales convexas (visibilidad parada)……………11

Figura 20 Longitud Mínima de Curvas verticales convexas (visibilidad paso)………………12

Figura 21: Calculo de Curvas verticales cóncavas…………………………………………….12

Figura 21A: Longitud mínima Curvas Verticales Cóncavas……………………………….....13

Figura 22: Peraltes sugeridos según velocidad y Radio de curvatura…………………………14

Figura 23: Fracción de peralte sobre tangente…………………………………………………15

Figura 24: Carretera Lima-Canta, vista de planta km 0+000 a km 26+600…………………...15

Figura 25: Perfil longitudinal del trazado vertical: km 0+000 a km 5+000 (vía principal)…...17

Figura 26: Perfil longitudinal del trazado vertical: km 1+500 a km 3+120 (autopista)……….18

Figura 27: Secciones Transversales Autopista km 1+500 a km 3+120……………………….18

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Proyecto de ingeniería de detalle, Estudio Definitivo Carretera Lima-Canta La Viuda- Unish

(Winrod, 2011)

2. Manual de Diseño Geométrico para Carretera DG 2001, Ministerio de Transportes y

Comunicaciones del Peru (2001)

3. Manual de Diseño Geométrico para Carretera DG 2014, Ministerio de Transportes y

Comunicaciones del Peru (2014)

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Capítulo I

1 INTRODUCCION

El informe académico que continuación se presenta, aborda el análisis del diseño geométrico de

de 5km (Km. 0+000 al Km. 5+000) de la vía, actualmente en construcción, correspondiente al

proyecto vial, Rehabilitación y Mejoramiento de la carretera Lima- Canta -La Viuda- Unish,

tramo Lima- Canta.

El capítulo I, trata de las generalidades relacionadas a la vía, donde se detalla una descripción de

la topografía de la vía, además se plantea los objetivos del presente informe.

El capítulo II, trata de los aspectos generales de la vía que se relacionan directamente con el

diseño geométrico del proyecto en estudio. También se presenta el resumen de los parámetros

de diseño del estudio para el cual se realizó el diseño geométrico y trazado de la vía en

referencia.

El capítulo III, resume el procedimiento realizado en el estudio, para obtener los parámetros de

diseño geométrico de planta, sección y perfil de la vía.

El capítulo IV, presenta el análisis de manera resumida, de la geometría vial y los parámetros

relacionados a la geometría, comparándolos con los manuales que dispone el Ministerio de

Transportes y Comunicaciones.

El capítulo V, presenta las conclusiones del análisis de 5Km. de vía.

El capítulo VI, corresponde a los anexos, en el cual se presenta de manera ordenada, el sustento

de la memoria de cálculo sobre el cual se sustenta los capítulos IV y V.

1.1 Antecedentes:

Para el presente proyecto se tomaron en cuenta aquellos estudios mencionados en términos de

referencia TdR y otros similares disponibles en Ministerio de Transportes y Comunicaciones del

Peru (MTC), tales como:

Estudio de Factibilidad e Impacto Ambiental Carretera Callao- Lima- Canta-La Viuda- Unish 1998. PERT –MTC.

Servicios de consultoría para elaborar Estudios de ingeniería e impacto ambiental de Red Vial 5 (Incluido sub tramo Lima- Canta) 1997, PROMCEPRI PERT-MTC.

Estudios definitivos de Ingeniería e impacto Ambiental para la construcción de la obra carretera Lima- Canta-La Viuda- Unish, aprobado 24 de junio 2005 el MTC PROVIAS NACIONAL.

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Contrato de préstamo con BID para estudios parciales a nivel de recapado de carretera Lima- Canta, tramo km 30 a km 102, PROVIAS NACIONAL (2006).

1.2 Ubicación:

El proyecto vial se desarrolla exclusivamente en el departamento de Lima, enrumbando hacia la

localidad de Cerro de Pasco, para tomar conexión con Junín o Huánuco y poder establecer el

anillo vial de retorno, por La Oroya, hacia Lima nuevamente. El tramo inicia su desarrollo a

nivel del mar, en el distrito limeño de Carabayllo (km 0+000) arribando a la localidad de

Trapiche (km 17+300) perteneciente al distrito de Santa Rosa de Quives con 1,600 msnm hasta

la misma provincia de Canta (km 79+470) situada a 2,860 msnm. El tramo Se caracteriza por

poseer esencialmente hasta tres microclimas claramente marcados, el primero de ellos (inicio

km 0+000) con aquella típica nubosidad de litoral peruano y lloviznas persistentes en

determinadas épocas del año (invierno). El segundo de ellos (inicio km 17+300), con persistente

brillo solar casi durante todo el día, con nula precipitación en tanto el ultimo (km 52+400) se

desarrolla en clima serrano (Canta) con importante sensación de frio (junio a setiembre) y

lluvias potencialmente importantes durante meses de noviembre a marzo

Figura 1: Localidades notables del proyecto

7

Figura 2: Plano Clave Ubicación de proyecto

1.3 Objetivos:

El presente trabajo tiene como objetivo principal la aplicación de todos aquellos conceptos

técnicos de trazo, seguridad vial y normativas locales o extranjeras estudiadas a lo largo del

curso, sobre los elementos principales componentes de la sección transversal que conforman la

infraestructura vial y que específicamente son aplicados al proyecto vial elegido

Igualmente se ejercita el diseño geométrico desarrollado en planta, elevación y secciones

transversales que representan los cinco (5) km tomados en el presente trabajo.

5

Figura 3: Plano de Estacado importante de proyecto

6

10

1.4 Topografía

El relieve terrestre se convierte en el mayor agente condicionante del trazado geométrico que incide

decididamente en los costos del proyecto, De acuerdo a la inclinación transversal del terreno,

perpendicular al eje de vía, la carretera de clasifica en:

Plana de 0 a 10%

Ondulada de 10% a 50%

Montañosa o accidentada de 50% a 100%

Muy accidentada, mayor a 100%

A continuación, se presenta la topografía dominante en la carretera en estudio, según la orografía

existente por tramos.

Figura 4: Orografía del Tramo

11

Capítulo 2

2 MARCO TEORICO FUNDAMENTAL

1.5 Estado Actual de la carretera

El actual trazado de carretera Lima- Canta (al momento de elaborar el proyecto de ingeniería) cuenta

con sub tramos asfaltados y otros en tierra con mayor o menor grado de deterioro:

Tabla 1: Características geométricas básicas Tramo Lima -Canta

Elemento Valor

Ancho medio de calzada 6.60 m

Bermas en tierra 0.50 a 0.90 m

Radios mininos 25 m a 10 m (volteo)

Pendientes máximas 4.0% a 9.0% (Canta)

Puentes concreto (2) 6.0 m ancho

Pontones concreto (2) 4.0 m (ancho)

El diseño geométrico vigente para el proyecto, data del año 2001 aprobado en diciembre del 2000 y

también se sustenta en normativa AASHTO como en directiva del Ministerio de Transportes DG 2001.

1.6 Clasificación Vial

Según la normativa vigente, la carretera podrá clasificarse según:

Funcionalidad: Como Red Nacional Primaria.

Intensidad de tráfico (IMD proyectado a 2031).

Tabla 2: Clasificación por Intensidad de trafico

Sub tramo IMD veh/día

12

Carabayllo - Trapiche 4,098

Trapiche- Santa Rosa de Quives 3,189

Santa Rosa Quives- Canta 2,255

Según la demanda vehicular y lo dispuesto en DG 2001 (como consta en proyecto) para tales

intensidades vehiculares la vía es clasificada como Carretera de Primera Clase con dos (2) carriles

(IMD entre 2001 y 4000 vehículos/día).

Condiciones orográficas y secciones trasversales.

Figura 5: Clasificación de Carretera, según Orografía

1.7 Vehículo de Diseño

Corresponde al vehículo tipo WB-19 según AASHTO, cuya equivalencia en el reglamento peruano es

T3S2, bajo dimensiones siguientes:

13

Figura 6: Vehículo de Diseño T3S2

Figura 7: Dimensionamiento de curvas y giros según Vehículo de Diseño T3S2

14

Para cálculo de visibilidad de parada se toman en cuenta los siguientes datos:

Altura faros: 0.60 m

Altura de visual del conductor: 1.07 m

Altura de Obstáculo en carretera: 0.15 m

Altura de visual de conductor de camión o bus para verificar visibilidad en curvas verticales cóncavas: 2.50 m

Altura luces traseras de automóvil o menor altura perceptible de carrocería :0.45 m

Altura del techo para automóvil: 1.30 m

1.8 Velocidad de Diseño

Este indicador guarda relación directa con particularidades del conductor y su vehículo, como:

Características físicas de la carretera, condiciones climáticas, presencias de otros vehículos en la

corriente del tránsito y límites vigentes de velocidad.

El proyecto considera las siguientes velocidades de diseño acorde al manual peruano DG 2001:

Tabla 3: Velocidad de diseño según orografía

Orografía Velocidad km/hora Observaciones

Tipo 2 60 a 90

Como la vía atraviesa quebrada angostas, se

eligió menores velocidades a recomendadas

(mínimas)

Tipo 3 50 a 80

Tipo 4 50 a 70

Zona urbana 30 Recomendación TdR (Km 0+00 a km 3+120)

1.9 Distancia de Visibilidad

1.9.1 De Parada:

Definida como aquella distancia mínima requerida para que se detenga un vehículo, viajando a

velocidad de diseño, sin impactar un objeto inmóvil en la carretera a 0.15 m de altura.

15

Figura 8: Distancia mínima de Parada según velocidad de diseño y pendiente longitudinal.

Figura 9: Ecuación para Distancia mínima de Parada, DG 2001

1.9.2 De Paso o Adelantamiento:

Definida como aquella distancia mínima disponible, que faculta a un vehículo adelantar a otro que viaja

a 15 km/hora menos, sin afectar la seguridad y comodidad de otro vehículo que se aproxima en sentido

contrario, bajo velocidad de diseño y cuando se hace visible aquella maniobra de adelantamiento.

16

Figura 10: Distancia de paso según velocidad de diseño, DG 2001

1.10 Trazado Horizontal o Planta

La clasificación de vía, topografía, velocidad de diseño y costo de operación como mantenimiento,

deben conjugarse para armonizar un trazado seguro y económico, coherente al paisaje e idóneo al

mismo tipo de carretera.

1.10.1 Radios de Curva:

Los Radios Mínimos elegido se muestran en figura 12, para peralte máximo de 8%

Figura 11: Ecuación Radio mínimo según fricción de vía

17

Figura 12: Radios Mínimos de curva para peralte de 8%

1.10.2 Curvas de Transición:

Son aquellos elementos que buscan evitar discontinuad en el trazado curvo, promueven cambio gradual

entre curvas de distinto radio o entre tangentes y curvas. El uso de tales curvas de transición permite que

el conductor instintivamente permanezca al centro del carril, situación no aplicable al tratar de enlazar

directamente una tangente con una curva circular.

Figura 13: Ecuación para cálculo Curva de Transición

18

Tabla 4: Longitud de Curvas de Transición

J (m/seg 3) Velocidad de diseño (km/hora)

0.40 < 80

0.50 80 a 100

Longitud Transición de proyecto 30 m a 65 m

1.10.3 Transición de Peralte:

La variación de peralte requiere de longitud mínima para no superar valor de inclinación máxima que la

calzada pueda ofrecer frente al eje de giro del peralte.

Figura 14: Máxima Inclinación y Longitud para Transición de peralte

19

Figura 15: Longitud de Transición de peralte según velocidad con bombeo inicial de 2.5% y eje de giro de

peralte B=3.6 m

1.10.4 Sobre Ancho

En curvas de radio pequeño o mediano y según tipo de vehículos que circulan, es necesario ensanchar el

espacio físico transversal del camino entre vehículos que se cruzan en calzadas bidireccionales o que se

adelantan en calzadas unidireccionales.

El sobre ancho implica aumento de la sección transversal en curva más un espacio físico entre

vehículos. La norma indica que aquellos sobre anchos calculados pueden ser reajustados para anchos de

calzada superiores a 7.0 m, según los factores estimados en figura 16. El Sobre ancho mínimo, elegido

según DG 2001, es 0.30 m

20

Figura 16: Factores de Reducción de sobre ancho

Figura 17: Ecuación de cálculo para Sobre ancho

1.11 Trazado Vertical o Elevación

Determina las características de alzado de la carretera y están constituidos por sectores de pendientes

variadas que se enlazan con curvas verticales de distinta magnitud y sentido, representando parábolas de

segundo orden. Las curvas verticales entre dos pendientes sucesivas permiten transiciones paulatinas

entre dos curvas de diversa magnitud y sentido, eliminado el quiebre de rasante y consiguiendo la

satisfacción de distancia de visibilidad.

1.11.1 Pendiente:

El proyecto asigna 0.50% de pendiente mínima y 8.0% como máxima, excepcionalmente se incorporó

un valor 9.57% en 610 m de longitud al inicio de Variante Yangas, localizada en km 31 del marcado

topográfico de obra (este tramo se encuentra fuera de los 5Km. analizados)

21

1.11.2 Curvas Verticales:

Debido a la topografía existente que impide trazado de curvas verticales con cumplimiento de distancia

de visibilidad de paso, se diseñaron curvas bajo criterio de seguridad, aplicable a curvas cóncavas y

convexas, donde se confirma que la longitud de curva vertical es tal que aquella distancia de visibilidad

de paso es superior a la distancia de visibilidad de parada.

Figura 18: Cálculo de Curvas verticales convexas

Figura 19: Longitud Mínima de Curvas verticales convexas (visibilidad parada)

22

Se proyectaron curvas con mayor longitud de curva (L>80 m) por temas inherentes a visibilidad de

parada, tratando de evitar cortes y rellenos excesivos, llegando a satisfacer distancia de visibilidad que

supera incluso a aquella de parada

Para calcular longitud de curva convexa, empleando criterios de visibilidad de paso, se tomaron la

misma ecuación de figura 18 pero utilizando h1= 1.07 y h2=1.30 m

Figura 20: Longitud Mínima de Curvas verticales convexas (visibilidad paso)

23

Figura 21: Cálculo de Curvas verticales cóncavas

Figura 22: Longitud mínima Curvas Verticales Cóncavas

1.11.3 Tramos de descanso:

Definidos como aquellas secciones útiles para estacionar el vehículo en busca de reanimación física del

conductor o revisión mecánica eventualmente.

24

Tramo con pendiente máxima 2% para distancias menores a 500 m, con altitud inferior a 1,400 msnm: Longitud proyectada= 18,100 m

Tramo con pendiente máxima 3.5% para distancias menores a 500 m con altitud superior a 1,400 msnm e inferior a 2,200 msnm: Longitud Proyectada = 4,760 m

25

Capítulo 3

3 MARCO TEORICO ESPECÍFICO

1.12 Dimensionamiento de sección transversal de proyecto:

Se aborda las dimensiones elegidas por el proyecto vial Mejoramiento y Rehabilitación de la carretera

Lima- Canta, bajo la siguiente distribución de elementos:

Tabla 5: Elementos de Sección Transversal Lima- Canta

Elemento Criterio Normatividad Valor adoptado

Numero Carriles

Carretera primera clase

IMD<10,000 (excepcional) DG 2001 02

Ancho carriles

Vehículo diseño =2.6 m ancho

Orografía 2 a=3.6 / orografía 3 y 4 a= 3.5 m a 3.6

m

DG 2001 3.60 m

Ancho bermas Orografía 2, a=1.5 / Orografía 3 y 4 a= 1.2 m DG 2001 1.50 m

Sobre ancho

compactación

Solo Terraplenes ----- 0.50 m

Bombeo

Precipitación < 50 mm hasta km 26+680

Precipitación > 500 mm desde km 26+680 a Canta DG 2001

2.0%

2.5%

Peralte < 12%

Recomendable : 4% a 6% AASHTO 4% (figura 22)

26

Figura 23: Peraltes sugeridos según velocidad y Radio de curvatura

27

El desarrollo del peralte se efectúa dentro de la curva y otra fracción en la recta tangente, según la

distribución siguiente:

Figura 24: Fracción de peralte sobre tangente

1.13 Dimensionamiento en Planta según proyecto:

El tramo carretero Lima- Canta, sector km 0+000 a km 26+000, en general se desarrolla bajo orografía

plana a ondulada, rodeado por múltiples propiedades e interferencias prediales que denotan grandes

dificultades para respetar un trazado geométrico acorde a normativas técnicas locales, promoviendo a su

vez necesidades de sortear y resolver grandes problemas de espacio físico, legal y cumplimiento

normativo.

10

11

Figura 25: Carretera Lima-Canta, vista de planta km 0+000 a km 26+600

10

1.14 Dimensionamiento Perfil longitudinal según proyecto:

Se eligieron cinco (5) km de la vía mencionada, desde km 0 al km 5, cuya pendiente longitudinal

mínima es 0.41% en tanto la máxima asciende a 8.0%, dominada en gran parte por autopista de dos

calzadas (ida y vuelta) circundada por zona urbana (asentamientos humanos de Carabayllo). En dicho

tramo se analiza el dimensionamiento geométrico según normativa vigente, así también se propone

ajustes al trazado y respectivos elementos de diseño.

11

12

Figura 26: Perfiles longitudinales del trazado vertical: km 0+000 a km 5+000 (vía principal).

13

Figura 27: Perfiles longitudinales del trazado vertical: km 1+500 a km 3+120 (autopista)

1.15 Secciones Transversales según proyecto:

A continuación, se muestran, de modo referencial, algunas secciones transversales de aquellos 1.5 km

de autopista. En anexos se detallan los cortes transversales completos del tramo, discutidos en capítulos

posteriores.

10

Figura 28: Secciones Transversales Autopista km 1+500 a km 3+120.

10

Capítulo 4

4 DESARROLLO Y APLICACION DE LA INVESTIGACION