Trazo Topográfico en Carreteras y Canales

TRAZO TOPOGRÁFICO EN CARRETERAS Y CANALESPostulante: Alvarez Oré, Jorge

Alcance y objetivosExplicación de conceptos esenciales en el trazo de carreteras y canales. Bajo perspectiva técnica, adecuada hacia el topógrafo, mención de cálculos y diseño civil como referencia.

Desarrollo de etapas del diseño preliminar de una carretera: Desde línea de ceros hasta cubicación.

Desarrollo de etapas del diseño simple de un canal: Desde línea de ceros — cubicación, con sus respectivos cálculos hidráulico.

Se toca el tema de diseño como medio didáctico de los conceptos q necesitaba conocer el topógrafo en este campo.

El asistentes deberá encontrar una investigación de fácil entendimiento, la presentación tiene como objetivo mostrar este campo mediante ejemplos y figuras ilustrativas.

Un poco de historiaEn carreteras

La vía Apia

Carretera de macadam

EEUU Andorra

Maquina de asfaltar

Volquete

Algo de inspiración

En Mumbai Hacia Viña del Mar Entre montañas, Ecuador

Canal de drenajeCanal de riego en operación Construcción toma de canal

Levantamiento de una carretera

Teoría y proyectoCarretera

Línea de cerosTeóricamente al pasar el eje de vía exactamente por esta línea, no habrá ni corte, ni relleno.

Conveniente desde el punto de vista económico.

Servirá de base al alineamiento de la carretera.

Incluso se evalúan varias rutas.

Se puede directamente trazarlo en el terreno o levantar todo el terreno y diseñarlo en gabinete.

En realidad, AutoCAD Civil 3D (software elegido para el diseño en gabinete) no cuenta con una herramienta para ello. Se hace uso de aplicaciones de terceros (lips), como por ejemplo el Lips “Gradiente” del Ing. Miguel Sepulveda.

Línea de ceros (2)Pendiente AB= tg α =

𝐵𝐶

𝐴𝐶

(∝)° ≈ (100𝑥 tan ∝)%

Comparación de línea de ceros y alineamiento definitivoPrimer tramo, con 7% de inclinación, equidistancia de 5m

AlineamientoSe constituye de tramos rectos (tangentes) y curvas que lo enlazan.

Velocidad directrizPrimordial. Necesario para todos los cálculo posteriores. Depende de entre otros factores de la topografía del terreno. Se define como la velocidad máxima en la vía.

Clasificación de red vialPor su función: Red vial primaria, secundaria y terciaria.Por su demanda: Autopista, carretera dual, carr 1ra

clase, carr 3da clase, 3ra clase, trocha carrozable. Por su condición orográfica: Tipo 1, 2, 3 y 4

Curvas horizontales

Arcos de circunferencia de un solo radioque unen dos tangentes consecutivas.

Elementos: PI, PC, PT, Δ, R, T, LC, CL, E, M.

Se prefiere radios mayores, pero el terreno no siempre ayudará.

𝑇 = 𝑅𝑥 tan∆

2

𝐶𝐿 = 2𝑅 sen∆

2

𝐸 = 𝑅1

cos∆

2

− 1 = 𝑇 tan∆

4

𝑀 = 𝑅 1 − cos∆

2

Curvas horizontales (2)Sistema arco-grado

𝐺𝑠 =180°𝑠

𝜋𝑥𝑅

𝐿𝑠 =𝑠∆

𝐺𝑠=

𝜋𝑥𝑅𝑥∆

180°

Sistema cuerda-grado

𝐺𝑐 = 2𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛𝑐

2𝑅

𝐿𝑐 =𝑐∆

𝐺𝑐

Curvas horizontales (3)Deflexiones

Método tradicional en campo para el cálculo y localización de curvas.

𝛿 =𝜑

2𝛿1 =

𝜑1

2𝛿2 =

𝜑2

2

𝛿1 =𝐺𝑐

2

𝛿2 = 𝛿1 +𝐺𝑐

2

𝛿3 = 𝛿2 +𝐺𝑐

2=

3𝐺𝑐

2=

∆

2

Curvas horizontales (4)

Curvas horizontales (5)Longitud máxima en tangente𝐿𝑀𝐴𝑋 = 16.70𝑥𝑉𝑑

Longitud mínima entre dos curvas del mismo sentido𝐿𝑀𝐼𝑁 = 2.78𝑉𝑑

Longitud mínima entre dos curvas de sentido contrario (reversas)

𝐿𝑀𝐼𝑁 = 1.39 ∗ 𝑉𝑑

Curvas horizontales (6)

Curvas horizontales (7)

Curvas horizontales (8)

Alineamiento definitivo y estacado

PerfilProyección del eje real o espacial (3D) de la vía sobre una superficie vertical paralela al mismo.

Existe pendientes mínimas y máximas, se rige a la normativa DG-2001

Curvas verticalesEnlaza de dos tangentes verticales consecutivas.

Elementos: PIV, PCV, PTV, Lv, Ev, f, α, β, γ.

𝑦 = 𝐸𝑣𝑥𝑥𝐿𝑣2

2

𝐸𝑣 =𝐿𝑣𝑥 𝑖

8

𝑦 =𝑖

2𝐿𝑣𝑥𝑋2

𝑦′ =𝑖

2𝐿𝑣𝑥′ 2

𝑖 = 𝑚 − −𝑛

𝑥 =𝑚

𝑖𝐿𝑣 Punto máximo

𝑘𝑣 =𝐿𝑣

𝑖𝑥 𝑚𝑡𝑠/%

Perfil longitudinal – Diseño geométrico vertical

Sección transversalSe fijara entre otras cosas el ancho de vía y así estimar áreas y volúmenes.

Elementos típicos de una carreteras pavimentada.

Se tratan conceptos nuevos como bombeo (ingeniería).

Sección transversal (2)

Sección transversal (3)

Sección transversal (4)

Sección transversal (5)

Sección transversal – Diseño geométrico transversal

Vista tridimensional

Vista tridimensional (2)

Vista 3DRenderizado a 145 k/h y a una visual de 2m sobre el eje de carretera

Teoría y proyectoCanales

Generalidades

La prioridad no será el costo, sino el caudal.

Se hará énfasis en los conceptos nuevos, en vez de volver a tratar los temas similares a de carreteras.

Conceptos como rugosidad, borde libre, ancho de dique, velocidades permisible, eficiencia hidráulica, infiltración, entre otros.

Diseño hidráulico de canalesConsideración del caudal (volumen sobre tiempo).

Ecuación de Manning para el diseño (tablas).

𝑄 =1

𝑛𝐴𝑅 2 3𝑆 1 2

𝑥 =𝑛𝑄

𝑆= 𝐴𝑅 2 3

Rugosidad (n)Depende del cauce y talud. Desde liso a pedregoso (0.01-0.04).

Talud (m)Inclinación paredes laterales. depende del material. Desde roca, pasando por arcilla porosa hasta concreto (0:1-3:1-1.5:1).

Borde libre (h’)Espacio entre el extremo de la corona y superficie del agua. En función de fórmula, caudal y base.

Ancho dique (a)

En función de formula. 𝑎 =𝑚ℎ+𝑏 ℎ

2ℎ′−𝑚ℎ′

Velocidad máximaEn función de tablas. Rugosidad, recubrimiento, tipo de agua y partículas transportadas.

Velocidad mínimaNo permite sedimentación ni crecimiento de plantas. Valor dado de 0.762 m/s

Máxima eficiencia hidráulicaAproximarse a una semicircunferencia. En función de una formula.

𝑏 = 2ℎ 1 + 𝑚2 −𝑚Mínima infiltraciónTener la menor perdida. Depende del tipo de suelo (tierra). En función de una fórmula.

𝑃𝑖𝑛𝑓 =𝐴

𝑄𝐵

AlineamientoRadios mínimosEl trazado se simplifica, con radios “menos exigentes”.Dependiente de la capacidad, velocidad, suelo, sección, erosión en curvas y ondas.

𝑅 = 𝐹 2𝑚ℎ + 𝑏Elementos de la curva

A = Arco, longitud de curva medida en cuerdas de 20 mC = Cuerda larga, cuerda que sub – tiende la curva desde PC hasta PT.β = Angulo de deflexión, formado en el PI.E = Externa, longitud de PI a la curva medida en la bisectriz.F = Flecha, longitud del punto medio de la curva a la cuerda larga.G = Grado, es el ángulo central.LC = Longitud de curva que une PC con PT.PC = Principio de una curva.PI = Punto de inflexión.PT = Punto de tangente.R = Radio de la curva.

ST = Sub tangente, longitud del PC al PI.

Alineamiento (2)

Perfil y secciones transversalesPendientes mucho más suaves que en una carretera, decimas de porcentaje.

Para la pendiente se tiene en cuenta el cauldal.

T = Ancho superior del canalb = basez (m) = Valor horizontal de la inclinación del taludC = Berma del camino, puede ser: 0,5; 0,75; 1,00m., según el canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente.V = Ancho del camino de vigilancia, puede ser: 3; 4 y 6m., según el canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente.H = Altura de caja o profundidad de rasante del canal.

Perfil y secciones transversales (2)

Perfil y secciones transversales (3)

Relaciones geométricas de las secciones transversales más frecuentes

Tipo de sistema tratado en este trabajo

Diseño del canal: step by stepCalcular X

𝑥 =𝑛𝑄

𝑆

Definimos m, estimamos b y encontraremos h (tabla).

𝑏 = 2ℎ 1 + 𝑚2 −𝑚

Calcular área de sección transversal y velocidad del canal.

𝐴 = 𝑏 +𝑚𝐻 𝐻

𝑉 =𝑄

𝐴

Corroborar velocidad máxima permisible. Se puede aumentar b (y obtener otro h) en caso contrario.

Calcular/estimar los otros parámetro: borde libre (h’), ancho dique lateral (a), mínima infiltración.

Alineamiento, perfil longitudinal y secciones transversales

Vista 3DRenderizado a 60 k/h y a una visual de 3m sobre el eje de carretera

Gracias