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Capítulo II

Tecnología del transporte

2.1.- Transporte Carretero2.2.- Transporte Ferroviario

2.3.- Transporte Aéreo 2.4.- Transporte Fluvial o Marítimo

Este capitulo tiene el propósito de presentar los elementos y características de una vía de comunicación: carretera, vía férrea y

aeropuerto; así como los datos técnicos que permiten su proyección.

Tecnología del Transporte

Un medio de comunicación, ya sea, terrestre, acuático o aéreo requiere de importantes conocimientos y habilidades necesarios para planificar, diseñar, construir y operar dichos medios. Enseguida se describe cada una de estas etapas, y que tipo de conocimientos se requieren para aplicarlos.

PLANIFICACIÓNL a planificación del transporte trata de la selección de proyectos para su diseño y construcción.El planificador del transporte trabaja en la definición del problema, la recopilación y análisis de datos, y en la evaluación de las diferentes alternativas de solución. También interviene en el proceso las predicciones del tránsito a futuro; las estimaciones del impacto de la instalación en el uso del suelo, en el medio ambiente y en la comunidad. Así como la determinación de los beneficios y de los costos que resultarán si se lleva a cabo el proyecto. El planificador del transporte investiga la factibilidad física de un proyecto y hace comparaciones entre las diferentes alternativas para determinar cuál es la que cumplirá con la tarea al menor costo, de acuerdo con otros criterios y restricciones.El planificador del transporte debe estar familiarizado con la ingeniería económica y con otros medios para evaluar los sistemas alternativos. El planificador también debe conocer la estadística y las técnicas de recolección de datos, así como la programación de computadoras para el análisis de datos y para la predicción de trayectos. El planificador del transporte debe ser capaz de comunicarse con el público y con su cliente, así como tener la habilidad para escribir y hablar correctamente.

DISEÑOEl diseño de transporte incluye la especificación de todos los aspectos del sistema de transporte de modo que funcione sin contratiempos, con eficiencia y de acuerdo con las leyes físicas. El proceso de diseño conduce a un conjunto de planes detallados que pueden usarse para la estimación de los costos de las instalaciones y para desarrollar su construcción. Para una carretera, el proceso de diseño contempla la selección de las dimensiones de todos los elementos geométricos, tales como el perfil longitudinal, las curvas verticales y las elevaciones, la sección transversal de la carretera, el ancho del pavimento, las cunetas, el derecho de vía, las zanjas de drenaje y las cercas. También implica el diseño del pavimento, los requerimientos estructurales de las capas de base y sub-base y el material propio del pavimento, como el concreto o el asfalto, así como el diseño de los puentes y de las estructuras del drenado, la instalación de dispositivos de control del tránsito, de áreas de descanso al pie del camino y de paisajes. El diseñador de carreteras debe de dominar disciplinas de ingeniería civil tales como mecánica de suelos, hidráulica, topografía, diseño de pavimentos y diseño estructural. El ingeniero diseñador de carreteras se ocupa principalmente del trazo geométrico del camino, de la sección transversal, de los materiales de pavimentación, del espesor del camino, y de los dispositivos de control del tránsito. Las estructuras especiales, tales como puentes para carretera y estructuras de drenado, generalmente las diseñan especialistas en esas áreas.El aspecto más importante del trabajo de un diseñador de carreteras es establecer los estándares que relacionan la velocidad del vehículo con las características geométricas del camino. Se tiene un diseño balanceado si todos los elementos de la geometría de la carretera- radios de curvatura, distancia de visión, sobreelevación, rasante, y la curvatura vertical-son consistentes con una velocidad de diseño de tal modo determinada que si un conductor viaja a esa velocidad, pueda proseguir con seguridad y comodidad a lo largo de todo el sistema de carreteras.

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Sistemas de Transporte

CONSTRUCCIÓN

La construcción para el transporte está estrechamente relacionada con el diseño e incluye todos los aspectos del proceso de edificación, comenzando con el desmonte del suelo original, preparación de la superficie, colocación del material de pavimentación, y la preparación del camino final para el paso del tránsito. En tiempos pasados, las carreteras se construían con mano de obra apoyada por equipo tirado por caballos para levantar los terraplenes y el traslado de los materiales. En la actualidad se usa equipo moderno de construcción para desmontar el sitio, nivelar la superficie, compactar la sub-base, transportar los materiales y colocar el pavimento final de la carretera. Los avances en el equipo de construcción han hecho posible el levantamiento rápido de las secciones grandes de la carretera. Tecnología nuclear para probar el grado de compactación del suelo y de las capas de la base, rayos láser para trazar las líneas y la rasante, y equipo especializado para manejar la obra de concreto y de los puentes son innovaciones en la industria de la construcción. Se han construido grandes plantas de dosificación controladas automáticamente; también se han desarrollado nuevas técnicas para mejorar la durabilidad de las estructuras y para sustituir los materiales escasos.

OPERACIONES Y ADMINISTRACIÓN DEL TRANSITO

Es responsabilidad de los ingenieros en tránsito la operación del sistema nacional de carreteras. La ingeniería de tránsito contempla la integración del vehículo, del conductor y las características del peatón para mejorar la seguridad y la capacidad de las calles o la carretera ha sido construida o abierta a la operación. Entre los elementos de importancia están los análisis de los accidentes de tránsito, estacionamiento, cargas, diseño de las instalaciones de las terminales, señales de tránsito, marcas, señalización, límites de velocidad y la iluminación de la carretera. El ingeniero en tránsito trabaja para mejorar el flujo del tráfico y la seguridad, por medio de métodos de ingeniería y tecnología de la información para tomar decisiones sustentadas en la aplicación y en la educación. Los ingenieros de transporte trabajan directamente con las municipalidades, ayuntamientos y compañías consultaras privadas.

MANTENIMIENTO

El mantenimiento de una carretera incluye todas las operaciones necesarias para asegurar que el sistema de carreteras se conserve en el orden apropiado de trabajo. El mantenimiento incluye el relleno de baches, reparaciones y otras acciones necesarias para conservar el pavimento del camino a un nivel deseado de servicio. El mantenimiento también implica llevar registros y la administración de datos para las actividades de trabajo y para las necesidades de proyecto, así como el análisis de las actividades de mantenimiento para determinar que sus costos no sean altos. La calendarización de los equipos de trabajo, el reemplazo de las señales desgastadas o dañadas y la reparación de las secciones deterioradas del camino son elementos importantes de la administración del mantenimiento. El trabajo del ingeniero civil en el área de mantenimiento incluye el rediseño de las secciones existentes de la carretera, la evaluación económica de los programas de mantenimiento, el ensayo de nuevos productos, y la calendarización de la mano de obra para minimizar los retrasos y los costos. El ingeniero de mantenimiento también debe llevar un inventario de las señales de tránsito y de las marcas y asegurarse de que estén en buenas condiciones.

De los aspectos anteriores; en este capitulo se destaca de diseño de cada uno de los medios de transporte ya señalados, sobresaliendo los elementos que lo integran, así como los datos técnicos requeridos para proyectarlos, y el capitulo III contiene los aspectos de planificación, las otras etapas son tratadas en materias como pavimentos y mecanica de suelos por citar algunos.

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PARTES INTEGRANTES EN LA ETAPA DE PROYECTO

2.1.-Transporte Carretero

Es el sistema que se caracteriza en virtud de que la mayoría de sus viajes se hacen en automóviles sin olvidar que las bicicletas o todo equipo rodante son otros modos de este tipo de sistema.

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1 2

34

56

7


El transporte por carretera es el sistema dominante del transporte de pasajeros y una de las principales modalidades de carga. El sistema de cualquier país generalmente cuenta con varios millones de kilómetros de carreteras, que varían desde autopistas de alta capacidad y carriles múltiples hasta calles urbanas y caminos rurales sin pavimentar1. Por ejemplo, en el cuadro 1.1 se ilustra la evolución de la red carreteras, en función de su superficie de rodamiento en México entre 1993 y 2001. Aunque el número total de kilómetros de caminos no se ha incrementado notablemente, la calidad de las superficies de rodamiento y su capacidad han aumentado debido a mayores inversiones en el mantenimiento y construcción.

Así pues, las carreteras y calles producen el medio para moverse dentro de el, su grado de accesibilidad es muy alto, aunque su movilidad llega a depender de factores humanos que varían el paradigma de las velocidades y la baja capacidad vehicular, pero se compensa con la alta disponibilidad de vehículos que transitan por vías, calles o parajes públicos. La eficiencia marca la pauta en comparación de otros, hoy en día este sistema da servicios al 98.5% del movimiento nacional de pasajeros y más del 85% de la carga terrestre.

Por otra parte, los tres elementos básicos para la operación del transporte en carretera son: el vehiculo, unidades de transporte rodante que circulan en el sistema, el piloto o conductor que tiene que dirigir continuamente el vehículo o nave a fin de mantenerlo en su ruta o curso y evitar el contacto con otros vehículos y el camino o la vialidad que se relaciona con las carreteras y calles. Sin las carreteras y calles no hay medio para el sistema, y sin ellas no se podría dar a lugar, a los diferentes atributos del sistema.

2.1.1.- Componentes de una Carretera

El derecho de vía, en el medio urbano es la porción de vialidad o superficie de rodamiento por donde circulan las unidades de transporte, incluyendo el peatón. En el medio rural es toda el área necesaria para la construcción, drenaje y mantenimiento de una carretera, así como para tener acceso a ella o salir de la misma.

El logro de muchas de las características deseables de diseño como pendientes menos pronunciadas y la colocación apropiada de las instalaciones de drenaje, se facilita con la consecución de un derecho de vía suficiente.

Además, la adquisición de un derecho de vía grande permite la expansión futura de la carretera para dar lugar a volúmenes mayores de tráfico. Sin embargo, como mínimo, el tamaño del derecho de vía adquirido para una carretera debe de ser al menos el requerido para la incorporación de todos los elementos de los que consta la sección transversal de diseño, así como las áreas límites apropiada.

Por ejemplo, la anchura mínima absoluta donde se aloja una vía de comunicación de este tipo es de 25 m a cada lado del eje de la vía; ancho que puede ampliarse bien por las previsiones que determine el proyecto para fines inmediatos o futuros relacionados con la obra vial o bien por las necesidades que impongan condiciones topográficas, terraplenes altos, amplias zonas de préstamo etcétera.

La calzada o superficie de rodamiento. Es aquella faja que se ha acondicionado especialmente para el tránsito de los vehículos. En los caminos de primera categoría esta superficie será pavimentada.

1 Se entiende por camino aquella faja de terreno, especialmente adaptada sobre la superficie terrestre que reúne las condiciones de ancho, alineamiento, pendiente y superficie, necesarias para permitir la circulación o rodamiento de los vehículos para los cuales se proyecta. La denominación de camino incluye a nivel rural las llamadas carreteras, y a nivel urbano las calles de la ciudad.

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El carril es aquella parte de la calzada o superficie de rodamiento, de ancho suficiente para la circulación de una sola fila de vehículos. A ambos lados de la superficie de rodamiento están los acotamientos, que son fajas laterales que sirven de confinamiento lateral de la superficie de rodamiento y que eventualmente se pueden utilizar como estacionamiento provisional para alojar vehículos en casos de emergencia.

La corona es la superficie terminada de una carretera, comprendida entre sus hombros, por lo que incluye la calzada más los acotamientos. El hombro es el punto de intersección de las líneas definidas por el talud del terraplén y la corona, o por ésta y el talud interior de la cuneta. Paralelamente a los acotamientos se tienen las cunetas, destinadas a facilitar el drenaje superficial longitudinal de la carretera.

También pueden existir contra cunetas, en aquellos tramos donde se prevea la necesidad de desviar las corrientes de agua y evitar que invadan la carretera o sobrecarguen la cuneta.

Los taludes son las superficies laterales inclinadas, comprendidos entre las cunetas y el terreno natural. Sigue el drenaje transversal, que está formado por las alcantarillas y estructuras mayores (puentes), que permitirán que el agua cruce de un lado a otro de la carretera, sin invadir su superficie.

FIGURA 2.1 Sección de un camino que muestra las partes que lo integran

La rasante, como eje, es la proyección vertical del desarrollo del eje real de la superficie de rodamiento de la carretera. La subrasante, es aquella superficie de terreno especialmente acondicionada sobre la cual se apoya la estructura del pavimento.Con relación al pavimento, se denomina así a la superficie especialmente tratada con materiales perdurables y que permiten un tránsito rápido, eficiente y sin polvo. Los primeros pavimentos conocidos fueron los de piedra, usados por los pueblos como los romanos en Europa y por los mayas en América. De este tipo de pavimentos, se han usado variaciones como los empedrados, los embaldosados y los adoquinados.

Finalmente, la técnica moderna de carreteras ha incorporado el uso de los tratamientos superficiales y de los concretos. En el tratamiento superficial se utiliza principalmente el asfalto y la grava. En los concretos, predomina el concreto asfáltico, aunque también es importante el concreto hidráulico.

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CUNETA

CARRIL

ACOTAMIENTO

TALUD DE

TERRAPLEN

TALUD DE

CORTE

CALZADA

ANCHO DE CORONA

DERECHO DE VIA

CONTRACUNETA

HOMBRO

BASE

SUB-BASE

RASANTE

SUBRASANTE

PAVIMENTO


Los pavimentos de concreto, como se ha dicho, pueden ser de dos clases, el de asfalto y el de cemento. Se entiende por concreto la mezcla de un aglutinante y de un agregado, que en este caso es el material pétreo, degradación controlada, esto es gravas de diferentes tamaños. El concreto hidráulico es la mezcla de cemento Portland, grava, arena y agua. De acuerdo con las necesidades, puede o no llevar refuerzo de varillas de acero. Un tipo de sección puede resumir lo anterior. Ver figura 2.1.

2.1.2 Proyecto Carretero

Configuración y clasificación geométrica

Sobre un plano de configuración es posible proyectar diversas obras de ingeniería como: aeropuertos, conjuntos habitacionales, drenes, líneas de ferrocarril, caminos, etc. La configuración puede obtenerse por métodos tradicionales o por métodos modernos como la fotogrametría, que resulta ideal para trabajos extensos.

En esas condiciones, en este tema trataremos en forma breve del proyecto geométrico de una vía de comunicación, haciendo hincapié en los caminos por razones didácticas, ya que muchos de los conceptos son extensibles a otros proyectos si se realizan las adecuaciones correspondientes.

Se pretende dar unas ideas generales al respecto de cuatro tipos de obra, que puedan servir de base a la persona que se encuentra con una circunstancia nueva dentro de su experiencia profesional. Como veremos en la siguiente clasificación, es fácil observar la realización de sus trabajos y, aunque tienen muchos puntos en común, hay aspectos que las diferencian.

Las obras se pueden clasificar desde un punto de vista geométrico2 muy general en obras lineales y no lineales.

Obras lineales:Obras de Carreteras: Carreteras (Se incluyen todas a nivel rural) y Calles (Se incluyen todas a nivel urbano )Obras de Ferrocarriles

Obras no lineales:Obras Marítimas: Obras Singulares: Aeropuertos

Obras de carreteras

Existe una serie de normas para la realización de proyectos y construcción de caminos, ya sean carreteras y calles, expedidas por los organismos oficiales correspondientes. Una de ellas para el trazo de carreteras según la clasificación técnica oficial es la: Publicación No. 2.01.01 “Normas de servicios técnicos”, “Proyecto Geométrico de carreteras”, SCT México, 1984.

En la mencionada publicación, así como en otras de esa misma dependencia y de otras dependencias se especifica una serie de normas que según el camino de que se trate establecen parámetros, estándares, tablas, factores de seguridad, etc., que han sido estudiados, fijados y/o actualizados a fin de que los proyectos se ajusten a ellas. La creatividad de los ingenieros proyectistas no se ve limitada por las normas, ya que estas solo establecen límites en función de la seguridad, dando valores máximos y mínimos a usar y solo en muy pocos casos presentan restricciones rigurosas, también en términos de seguridad. 2 Características y aspectos geométricos de diferentes tipos de Obras, Topografía de Obras, Ignacio de Corral y Manuel de Villena, Editorial Alfa Omega, 2000

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El diseño geométrico de una vía comprende el dimensionamiento de sus elementos físicos, como curvas verticales y horizontales, ancho de carriles, secciones transversales y bahías de estacionamiento en el caso urbano. Las características del conductor, del peatón, de los vehículos y del camino, sirven de base para la determinación de las dimensiones físicas de estos elementos. Por ejemplo, la longitud de una curva vertical o el radio de una curva circular se determinan de modo que se provea en la curva, la distancia, de visibilidad mínima de frenado para la velocidad de diseño de la carretera.

Sin embargo, el objetivo básico del diseño geométrico de las carreteras, es producir una instalación que tenga un flujo continuo y que esté libre de accidentes. Esto puede lograrse al tener un estándar de diseño consistente a lo largo de la carretera, que satisfaga las características de los conductores y de los vehículos.

Antes de comenzar a describir la forma de realizar el proyecto geométrico de una carretera, primero se requiere conocer ciertos conceptos y normas que deben especificarse para las diferentes partes de la ruta y los elementos que la integran, los cuales se agrupan, para su estudio, en:

Alineamiento horizontalAlineamiento vertical ySecciones transversales de la obra

La alineación horizontal de una carretera define su ubicación y orientación en la vista en planta, la alineación vertical su perfil y las secciones transversales son los cortes acorde al plano vertical y horizontal. El tipo, el tamaño y el número de elementos usados en un camino están directamente relacionados con su clase y la función correspondiente del mismo.

Después se estudia la forma como se llevara a cabo el proyecto, esto es, su metodología, que esta integrado por:

1 La elección de ruta, 2 El anteproyecto y 3 El proyecto definitivo

Velocidad de diseño

La velocidad de diseño se puede definir como "una velocidad seleccionada para determinar las diferentes características geométricas de la vía". La velocidad de diseño depende de la clase funcional de la carretera, de la topografía del área en la cual se ubica la carretera, y del uso del suelo del área adyacente. Para el diseño de una vía, en México la topografía generalmente se clasifica en tres grupos: terreno plano, terreno en lomerío y terreno montañoso. El terreno plano es relativamente igual, y las distancias visuales horizontales y verticales comúnmente son largas o pueden alcanzarse sin mucha dificultad en la construcción o gastos importantes. El terreno en lomerío tiene pendientes naturales que con frecuencia se elevan por encima de la pendiente de la carretera y caen por debajo de ésta, con pendientes pronunciadas ocasionales que restringen el alineamiento vertical y horizontal. El terreno montañoso tiene cambios repentinos en la elevación del terreno tanto en dirección longitudinal como transversal, requiriendo por ello excavaciones frecuentes en las laderas, para alcanzar alineamientos horizontales y verticales aceptables.

Es importante que la velocidad de diseño que se seleccione no sea muy diferente de la velocidad a la cual se espera que manejen los conductores. Por ejemplo, no debe seleccionarse automáticamente una velocidad de diseño baja para un camino colector rural, porque cuando un camino de este tipo se localiza en un área de topografía plana, los conductores tenderán a manejar a alta velocidad. La distancia promedio de viaje en la vía es otro factor que debe

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considerarse al seleccionar la velocidad de diseño. En general, las carreteras con viajes promedio más largos, deben diseñarse para velocidades más altas.

Teóricamente esto se puede entender así, la velocidad es la relación entre el espacio recorrido y el tiempo que se tarda en recorrerlo, o sea, una relación de movimiento que queda expresada, para velocidad constante, por la fórmula: V = d/t. Como la velocidad que desarrolla un vehículo queda afectada por sus propias características, por las características del conductor y de la vía, por el volumen de tránsito y por las condiciones atmosféricas imperantes, quiere decir que la velocidad a que se mueve un vehículo varía constantemente, causa que obliga a trabajar con valores medios de velocidad.

Como el tiempo de recorrido es función de la velocidad, cambiando la velocidad en un viaje, se puede variar el tiempo de recorrido. La velocidad está bajo el control del conductor y por lo tanto su uso determinará la distancia recorrida, el tiempo recorrido y el ahorro de tiempo según la variación de la velocidad, por lo tanto, la velocidad debe ser estudiada, regulada y controlada.

A mayores velocidades se obtendrá un ahorro en el tiempo, pero el ahorro de tiempo de recorrido es menor a medida que alimenta la velocidad. Después de los 90 Km/hora, los ahorros de tiempo, el aumentar la velocidad, son relativamente pequeños. Desde luego, que los ahorros de tiempo son mayores al incrementar la velocidad, por ejemplo, de 30 a 50 km/hora.

En Estados Unidos y en Europa se han usado velocidades de proyecto máximas hasta de 140 km/h. Sin embargo, hay una tendencia a reducirlas a 120 km/h (Europa) y 112 km/h (EE.UU.). En México, las velocidades de proyecto fluctúan entre 40 y 110 km/h, dependiendo del tipo de vía seleccionada.

En la tabla 2.1 se dan los valores recomendados para la velocidad mínima de diseño, para diferentes clases de vías3. Observe que se selecciona una velocidad de diseño para alcanzar un nivel deseado de operación y seguridad en la vía y es uno de los primeros parámetros que se selecciona en el proceso de diseño, porque a partir de éste se eligen otras variables de diseño adicionales.

Una razón fundamental para no usar velocidades de proyecto muy altas son los pequeños ahorros de tiempo de viaje que se logran, en comparación con lo que sube el costo de la obra. Todos los elementos del proyecto de un camino deben calcularse en función de la velocidad de proyecto. Al hacerse esto, se tendrá un todo armónico que no ofrecerá sorpresas al conductor.

Entonces cuando el promedio de inclinación del terreno, en una longitud de 30 km, sea mayor de 4% será considerado montañoso4; si el promedio de inclinación fluctúa entre 4% y 2%, será considerado en lomerío, y si el promedio de inclinación es menor del 2% se considerará como terreno plano.

3 Estos valores son tomados de la Publicación No. 2.01.01 de la SCT, “Normas de servicios técnicos”,”Proyecto geométrico”, México 19844 Anteriormente se indicaba al terreno montañoso como: montañoso poco escarpado y montañoso muy escarpado, esto debido a la orografía montañosa que predominaba en el lugar. El escoger cada una estas dependía de si el promedio de inclinación del terreno en los 30 km se acercaba o se alejaba del valor dado del 4%.

TIPO DE

CAMINO

TIPOS DE TERRENO

PLANO LOMERÍO MONTAÑOSO

ESPECIAL SE REQUERIRÁ UN ESTUDIO PARA CADA CASO

PARTICULAR

A 90 a 110 Km/hr 70 a 100 km/hr 60 a 80 km/hr

B 80 a 110 60 a 90 50 a 70

C 70 a 100 50 a 80 40 a 60

D 20 a 70 40 a 60 30 a 40

E 50 a 70 40 a 60 30 a 40

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TABLA 2.1 Velocidades de proyecto para diferentes tipos de caminos (clasificación técnica oficial)

Vehículos de proyecto

Las normas que rigen el proyecto de una carretera se fundamenta en gran parte en las dimensiones y características de operación de los vehículos que por ella circulan. El vehículo de proyecto o diseño es el seleccionado hipotéticamente para representar a todos los vehículos en la vía. Su peso, dimensiones y características de operación son utilizados para establecer los lineamientos que guiarán el proyecto geométrico de las carreteras, tal que éstas puedan acomodar vehículos de este tipo.

En general, para efectos de proyecto, se consideran dos tipos de vehículos: los vehículos ligeros o livianos y los vehículos pesados, clasificados éstos en camión, autobús, tractor, semirremolque y remolque, atendiendo a su número de ejes y clase, estableciéndose una nomenclatura por tipo de vehículo. En la tabla 2.2, se presenta una relación de los 16 diferentes vehículos de carga en México.

Las principales características para su clasificación están referidas al radio mínimo de giro y aquellas que determinan las ampliaciones o sobreanchos necesarios en las curvas horizontales, tales como distancia entre ejes extremos, ancho total de la huella y vuelos delantero y trasero. La figura 2.2 muestra las características de los vehículos de proyecto que deben tomarse en cuenta5.

El vehículo de proyecto se debe seleccionar de tal manera que represente un porcentaje significativo del tránsito que circulará por el futuro sistema vial. En México se ha observado que los vehículos de carga más representativos que circulan por las carreteras Mexicanas son los camiones unitarios de dos y tres ejes (C2 y C3); los vehículos articulados formados por tractocamión de tres ejes y semirremolque de dos o tres ejes (T3−S2 y T3−S3), así como los doblemente articulados con semirremolque de dos ejes y remolque de cuatro ejes (T3−S2−R4).6

5 Secretaria de Comunicaciones y Transportes, Manual de proyecto geométrico de carretera, Primera edición, 4ta impresión, México 1991.6 Publicación No. 31, Estudio estadístico de campo del auto transporte Nacional, Estaciones instaladas al 2002, IMT, Sanfandila, Querétaro 2003.

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NOMENCLATURA No DE EJES CLASE CROQUIS DEL VEHICULO

C2 2 CAMION

C3 3 CAMION

T2 - S1 TRACTOR Y SEMIRREMOLQUE

3

C4 4 CAMION

T2 - S2 4 TRACTOR Y SEMIRREMOLQUE

C2 - R2 5 CAMION Y REMOLQUE

C3 - R2 5 CAMION Y REMOLQUE

T3 - S2 5 TRACTOR Y SEMIRREMOLQUE


TABLA 2.2 Clasificación de los vehículos de carga en México

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T3 - S2 - R3

C3 - R3

9

8

7

T3 - S3

NOMENCLATURA

T2 - S1 - R2

6

No DE EJES

5

CLASE CROQUIS DEL VEHICULO

TRACTOR SEMIRREMOLQUE

Y REMOLQUE

TRACTOR Y SEMIRREMOLQUE


Y REMOLQUE


Y REMOLQUE

CAMION Y REMOLQUE


Y REMOLQUE


Y REMOLQUE


Y REMOLQUE

6

6

6

T3 - S1 - R2

T2 - S2 - R2

T3 - S2 - R2

T3 - S2 - R4

VEHICULO PESADO

VEHICULO LIGERO


FIGURA 2.2 Dimensiones de los vehículos ligeros y pesados

Distancia visual o visibilidad

La distancia visual o de visibilidad es la longitud del camino que el conductor puede contemplar en cualquier momento especifico. La distancia visual disponible en cada punto de la carretera debe ser tal que cuando un conductor este viajando a la velocidad de diseño de la carretera se disponga de tiempo suficiente después de ver un objeto en la trayectoria del vehiculo, para hacer las maniobras evasivas necesarias y no chocar con el objeto.

Dotar de visibilidad a una carretera es otra de las tareas importantes a realizar, ya que, generalmente, los caminos están construidos para velocidades muy inferiores a las corrientes en los vehículos modernos y de ahí que dichos caminos resulten muy peligrosos. Así, pues, es necesario que en las carreteras exista, tanto en planta como en perfil, la distancia de visibilidad adecuada para que el conductor del vehículo pueda ver delante de él a una distancia tal que permita tomar, con garantía, decisiones oportunas.

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Todo automovilista precisa de dos distancias de visibilidades: La distancia visual de parada y la distancia de visual de rebase:

1 Distancia visual de parada: Es la distancia para parar un vehículo ante un objeto que aparece intempestivamente en el camino y se compone de dos factores: La distancia que recorre el vehículo desde el momento en que el conductor observa el obstáculo hasta que aplica los frenos, y la distancia de frenado propiamente dicho.

2 Distancia de visibilidad de rebase: La distancia de visibilidad de rebase se refiere a la distancia necesaria para que un vehículo pueda pasar a otro u otros que marchan por el mismo carril a menor velocidad, sin peligro de chocar con los vehículos que puedan venir en dirección opuesta por la vía que eventualmente ocupará la maniobra.

Así en el proyecto geométrico de una carretera, es necesario dotar de visibilidad a toda curva horizontal y vertical, estas deberán satisfacer la distancia de visibilidad para una velocidad de proyecto y grado de curvatura dados. Lo anterior sucede comúnmente en los cortes, ya que el talud interior presenta un saliente que impide la visibilidad adecuada en la curva. Cuando se tiene un camino de doble vía, se admite que dos vehículos que vengan en sentido contrario puedan estar colocados sobre la vía interior a la mitad de la misma.

Diseño del alineamiento

Los trazos vertical y horizontal de la vía constituyen el alineamiento. El diseño del alineamiento depende principalmente de la velocidad de diseño seleccionada para la vía. El alineamiento menos costoso es aquel que generalmente adopta la forma de la topografía natural. Sin embargo, con frecuencia esto no es posible debido a que el proyectista tiene que apegarse a ciertos estándares que pueden no existir en la topografía natural.

Es importante que el alineamiento de una sección dada tenga estándares consistentes, para evitar cambios repentinos en el trazado vertical y horizontal de la vía. También es importante que tanto el alineamiento horizontal como el vertical se diseñen para complementarse entre sí, ya que esto va a conducir a una carretera más segura y más atractiva. Un factor que debe considerarse para alcanzar esto, es encontrar un balance apropiado entre las pendientes de las tangentes de las curvas horizontales y verticales, así como su ubicación relativa.

Por ejemplo, un diseño que contemple curvas horizontales con radios grandes a expensas de inclinaciones pronunciadas o cuestas prolongadas, es un diseño deficiente. En forma similar, si se colocan curvas horizontales cerradas en o cerca de la parte superior de curvas verticales de cresta pronunciada, o en o cerca de la cima de una curva en columpio pronunciada, esto va a crear secciones peligrosas en la vía.

Es importante que se considere esta coordinación de los alineamientos vertical y horizontal en las etapas iniciales del diseño preliminar.

Alineamiento vertical

El alineamiento vertical es la proyección del desarrollo del centro de línea de una vía terrestre sobre un plano vertical y consta de secciones rectas que se conocen como pendientes, o tangentes, unidas mediante curvas verticales, Por tanto, el diseño del alineamiento vertical incluye la selección de pendientes adecuadas para las secciones tangentes y el diseño de las curvas verticales. La topografía del área por la que atraviesa el camino, tiene un impacto importante sobre el diseño del alineamiento vertical.

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La pendiente que debe dársele a un camino en sus diferentes tramos representa un problema que el ingeniero debe solucionar con mucho cuidado ya que pendientes bajas obligan a altos costos de construcción y pendientes altas influyen en el costo de transporte porque se disminuye la velocidad, aumenta el gasto de combustible por kilómetro y el desgaste de los vehículos, especialmente en los neumáticos.7 Por lo anterior, siempre hay que tener presente que es necesario una solución adecuada a cada caso especial, estudiado independientemente, ya que afecta grandemente a la economía de un proyecto. La pendiente que escoja para un camino debe estar en relación con la categoría del mismo.

Para el proyecto del alineamiento vertical se definen tres tipos de pendientes de las tangentes verticales que son: mínima, gobernadora y máxima.

1 Pendiente mínima: Esta pendiente depende de las condiciones de drenaje de la vía y se requiere para asegurar el drenaje de la corona del camino y se especifica de 0.5 %, esto es en zonas con sección en corte y/o balcón y en zonas con sección en terraplén la pendiente puede ser nula.

2 Pendiente gobernadora: La pendiente gobernadora, en teoría, se puede mantener en forma indefinida a lo largo de todo el trazo de la vía. Las pendientes mayores que la gobernadora incluyendo por supuesto a la máxima, solo se puede usar en las longitudes criticas. Tanto la pendiente gobernadora como la máxima se especifican en función del tipo de camino y de la topografía de la zona. De hecho, el proyecto de alineamiento vertical estará constituido por una combinación de pendientes verticales que dentro de las alternativas estudiadas, hará que el tiempo de recorrido sea el menor. Estas combinaciones se estudian con las curvas de Tangarin8, como la mostrada en la figura 2.4.

3 Pendiente máxima: La pendiente máxima es la mayor que se puede usar en un proyecto y esta en función del tipo de camino, la topografía del terreno y en características de operación del vehiculo de diseño. Estas varían desde 5 % para una velocidad de proyecto de 80 km/hr, hasta de 7 a 12 % para una velocidad de 50 km/hr dependiendo del tipo de carretera. En la tabla 2.3 se dan valores recomendados de las pendientes máximas y gobernadora utilizadas en la práctica vial mexicana. Observe que estas pendientes máximas recomendadas no deben usarse con frecuencia, especialmente cuando las pendientes son prolongadas y el transito incluye a un alto porcentaje de camiones.

CARRETER

A TIPO

PENDIENTE GOBERNADORA (%) PENDIENTE MAXIMA (%)

TIPO DE TERRENO TIPO DE TERRENO

PLANO LOMERIO MONTAÑOS

O

PLANO LOMERIO MONTAÑO

SO

EDCBA

----------

76543

98654

76544

109765

1312876

Fuente: Normas de servicios técnicos, proyecto geométrico, carreteras.

TABLA 2.3 Valores máximos para pendiente gobernadora y pendientes máximas.

7 Esta comprobado que la pendiente tiene un impacto mayor sobre los camiones que sobre los automóviles, Se han realizado extensos estudios, y los resultados han mostrado que la velocidad de un camión puede aumentar hasta un 5% en las pendientes descendentes, y disminuir cerca del 7% en las pendientes ascendentes, dependiendo del porcentaje y de la longitud de la pendiente.8 Otras curvas de este tipo aparecen en la literatura especializada, como el Manual de Proyectos Geométricos para Carreteras de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.)

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Por otro lado, el paso de una tangente vertical a otra se realiza por medio de las curvas verticales, cuya característica principal, es que la componente horizontal de la velocidad (de proyecto) es constante a través de ella. Las curvas verticales se usan para proporcionar un cambio gradual de entre las tangentes de las pendientes, de modo que los vehículos puedan transitar sin tropiezo a medida que recorren la vía.

FIGURA 2.3 Longitud crítica de tangentes verticales con pendiente mayor que la gobernadora

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PEN

DIE

NTE D

E L

A T

AN

GEN

TE V

ER

TIC

AL

EN

%

PEN

DIE

NTE

GO

BER

NA

DO

RA

%

LONGITUD EN METROS

DISTANCIA RECORRIDA, EN m

VELO

CID

AD

EN

km

/hr


FIGURA 2.4 Curvas de Tangarín para tangentes con pendientes diferentes a la gobernadoraCURVA CLOTOIDE ELEMENTOS

Las curvas verticales contribuyen a la seguridad, apariencia y comodidad del camino y son de tanta importancia en el alineamiento vertical como las curvas circulares en el alineamiento horizontal. Los elementos principales que las integran son: PIV (punto de inflexión vertical y cuyos elementos son el cadenamiento y su elevación) el cual es el punto donde dos tangentes verticales se interceptan, estas vienen consigo con tangentes o pendientes una de entrada y una de salida las cuales se llaman P1 % y P2 % respectivamente. Puntos de referencia como son el PCV (Principio de curva vertical) y el PTV (Principio de tangente vertical) y la longitud de curva vertical (L ò LCV), la figura 2.5 muestra los elementos que integran a este tipo de curva.

FIGURA 2.5 Elementos de curva verticalGeneralmente estas curvas tienen forma parabólica ya que cumplen con esta peculiaridad. Por tanto, las expresiones desarrolladas para la longitud mínima de una curva vertical, se basan en las propiedades de la parábola. Se clasifican como curvas en cima o cresta y curvas en columpio o cóncavas. En la figura 2.6 se muestran los diferentes tipos de curvas verticales.

58


FIGURA 2.6 Tipos de curvas verticales

Únicamente se proyectara curva vertical cuando la diferencia algebraica entre dos pendientes sea mayor de 0.5 % ya que en los casos de diferencia igual o menor a la indicada, el cambio es tan pequeño que en el terreno se pierde durante la construcción.

Esto quiere decir que si tenemos que ligar una pendiente ascendente de 3 % y descendente de –3 %, la diferencia algebraica será igual a +6 % en este caso si se proyecta, pero si en vez de tener una pendiente ascendente positiva de 3 % y otra de 2.8 % , no se proyecta, ya que su diferencia de 0.2 %, no cumple con la condición mencionada. Otras condiciones para proyectarlas son:

La distancia mínima de tangente que deberá proyectarse entre dos curvas verticales será de 20 metros. La longitud de la curva vertical se mide tomando como unidad una estación de 20 metros; por ejemplo, cuando se

dice que una curva es de 7 estaciones se sobreentiende que su longitud es de 140 metros. Tanto en caminos como en otro tipo de vía terrestre (ferrocarriles) conviene que la longitud de la curva vertical sea

de un número de estaciones enteras. Cuando el PIV se localiza en estación cerrada y la longitud de la curva es de un número par de estaciones, se dará

la mitad de ellas a cada lado del PIV. Si el PIV cae en estación cerrada y la longitud de la curva es de un número impar de estaciones, se agregará una

más para hacerlo par y repartirlas en la misma forma indicada en el punto anterior. Cuando el PIV se localiza en media estación y la longitud de la curva es de un número par de estaciones se

agregará una más para hacer el número impar, repartiendo media estación a cada lado del PIV, con lo que el PCV y el PTV caen en estación cerrada.

Como se menciono la curva que mejor satisface el cambio gradual de una tangente a otra es la parábola y se calcula por la formula:

Y = Kx2

En la formula anterior a la constante K se le puede asignar el valor de:

K = P / 10 L

En las cuales:Y = Ordenada de la curva vertical, considerada con relación a la tangente de la curva en la estación correspondiente. Estas ordenadas se restan de las cotas de las cotas de las tangentes si la curva es una cima y se suman si la curva es en columpioP = Diferencia algebraica de pendientes. ( P1 – P2)

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L = Longitud de la curva vertical en estaciones de 20 metros.x = Numero de orden que le corresponde a la estación para la cual se calcula la ordenada “Y”

Para obtener la longitud mínima de curva vertical puede ser igual a la diferencia algebraica de pendientes que se enlacen dividida entre la variación máxima admisible de pendiente entre dos estaciones consecutivas. De esta manera, si se designan por + P1 % y + P2 % las pendientes por ligar, la longitud de la curva vertical será:

LCV = ( + P1 % ) – ( + P2 ) --- 1

Esto queda simplificado de la siguiente manera: ¿Cuál será la longitud de una curva vertical que ligue dos tangentes verticales que tiene pendientes de – 3.0 % y + 4.2 %, respectivamente? El kilometraje del PIV es de 7 + 220. Utilizando la ecuación 01 y sustituyéndola con P1 = - 3.0 y P2 = + 4.2 % nos da el valor de 7.29 como el valor debe estar dado en numero de estaciones cerradas el numero que le corresponde es de 8 estaciones, esto significa que la longitud mínima de curva vertical es de 160 metros (8 * 20 = 160). Si en caso de que el PIV se localizara en media estación, se agregara una mas para hacer numero impar de estaciones por tanto LCV = 8 + 1 = 9 estaciones igual a 180 metros de lo contrario cuando el PIV cae en estaciones cerradas pero la LCV = 7 estaciones se suma una mas para hacer numero par y repartirla de la misma forma.

En realidad existen graficas y formulas para el cálculo de la longitud mínima de las curvas verticales, en cima y en columpio, que involucran además de la diferencia algebraica de pendientes, la distancia de visibilidad de parada, la altura del ojo del conductor sobre el pavimento y la altura del objeto del conductor observado que obliga a parar. Atendiendo a las primeras, las normas de proyecto geométrico proporcionan estas graficas para curvas verticales en cresta y columpio, las cuáles se muestran en las figuras 2.7 y 2.8 respectivamente.

El otro criterio determinado por formulas, se basa en la consideración de la distancia de visibilidad de parada correspondiente a la velocidad de proyecto elegida. Según se trate para curvas verticales en cima o en columpio, las formulas y las longitudes son distinta0s. Existen otros criterios asociados a las curvas en columpio además de la distancia de visibilidad de parada como son: Drenaje adecuado, Comodidad en la operación y Apariencia agradable.

Curvas en cresta: Existen dos condiciones para la longitud mínima de las curvas en cresta, éstas son: 1 Cuando la distancia de visibilidad es mayor que la longitud de la curva vertical S>L y 2 Cuando la distancia de visibilidad es menor que la longitud de la curva vertical S<L. Considérese primero el caso en que la distancia de visibilidad es mayor que la longitud de la curva vertical. En la figura 2.9 se muestra esta condición. Esta figura presenta en forma esquemática a un vehículo sobre la subrasante en C con el ojo del conductor a la altura H1 y un objeto de altura H2 ubicado en D. Si este objeto es visto

9 En el cálculo de LCV, cualquiera que sea la fracción que resulte de la diferencia algebraica de pendientes, se aproxima siempre al número inmediato superior de estaciones completas de 20 metros.

60

DIF

ER

EN

CIA

A

LG

EB

RA

ICA

DE P

EN

DIE

NTES

, EN

%

LONGITUD DE LA CURVA VERTICAL, EN M


FIGURA 2.7 Longitud mínima de las curvas verticales en cresta

FIGURA 2.8 Longitud mínima de las curvas verticales en columpiopor el conductor, la línea de visibilidad es PN y la distancia de visibilidad es S. Observe que la línea de visibilidad no es necesariamente horizontal, pero al calcular la distancia de visibilidad, se considera a la proyección horizontal. De las propiedades de la parábola, X3 = L / 2. Entonces la distancia de visibilidad S esta dada como:

61

LONGITUD DE LA CURVA VERTICAL, EN M

DIF

ER

EN

CIA

A

LG

EB

RA

ICA

DE P

EN

DIE

NTES

, EN

%

En donde:L = longitud de la curva vertical S = distancia de visibilidad H1 = altura del ojo arriba de la superficie del caminoH2 = altura del objeto arriba de la superficie del caminoG1 = pendiente de la primera tangenteG2 = pendiente de la segunda tangentePCV = punto de comienzo verticalPTV = punto de termino vertical

P2


FIGURA 2.9 Distancia de visibilidad en una curva en cima

Xl y X2 pueden encontrarse en términos de las pendientes PI y P2 y su diferencia algebraica A. La longitud mínima de la curva vertical para la distancia de visibilidad requerida se obtiene como:

La práctica ha sido suponer que la altura del conductor H1 es igual a 1.14 metros, y que la altura del objeto es 0.15 metros. Debido al creciente número de automóviles compactos en las carreteras del país, actualmente se toma como 1.07 metros a la altura del ojo del conductor. También se recomienda hoy día una altura de objeto de 0.61 metros, que es equivalente a la altura de las luces traseras de una automóvil. Con esta suposición la ecuación 2 se transforma en:

Cuando la distancia es menor que la longitud de la curva en cima, es aplicable la configuración que se muestra en la figura 2.10. También puede usarse las propiedades de una para mostrar que la longitud mínima de la curva vertical esta dada como:

Sustituyendo 1.07 metros para H1 y 0.61 metros para H2 nos da

Curvas en columpio: La selección de la longitud mínima de una curva en columpio generalmente está controlada por los siguientes cuatro criterios:

1 La distancia de visibilidad y se define por la luz de los faros delanteros2 La comodidad de los viajeros3 El control del drenaje y 4 Apariencia general.

En este inciso se expondrá únicamente el primero.La distancia de visibilidad definida por la luz de los faros delanteros, se basa en el hecho de que a medida que un vehículo circula por la noche en una curva en columpio, la posición de los faros delanteros y la dirección del haz de luz determinan el tramo delante de la carretera que queda iluminado y por tanto, la distancia que el conductor puede ver. La figura 2.10 es un esquema de la situación cuando S > L.

62

--- 2

363A

--- 3AS 2 363


FIGURA 2.10 Distancia de visibilidad de los faros delanteros para curvas en columpio (S>L)

Los faros delanteros se ubican a una altura H arriba del pavimento, y el haz de luz de los faros delanteros está inclinado hacia arriba formando un ángulo con la horizontal. El haz de luz de los faros delanteros intersecta al camino en D, restringiendo con ello a S a la distancia de visibilidad disponible. Generalmente los valores que se usan para H y son 0.61 metros y 1º, respectivamente. Usando las propiedades de la parábola, puede demostrarse que:

La sustitución de 0.61 metros para H y de 1º para transforma a la ecuación 4 en:

En forma similar, para la condición de S<L, puede demostrarse que:

Y la sustitución de 0.61 metros para H y de 1º para nos da

Para proveer una condición de seguridad en una curva en columpio, la curva debe tener una longitud tal que la distancia de visibilidad S del haz de luz sea cuando menos, igual a la distancia de visibilidad de frenado. Por tanto, se usa para S el valor de la distancia de visibilidad de frenado para la velocidad de diseño apropiada, cuando se usan las ecuaciones 5 y 6 para calcular la longitud mínima de una curva en columpio.

Todo lo anterior tiene un fin y es el de dotar la distancia de visibilidad necesaria en una curva vertical, cuando la longitud de la curva es calculada por la forma algebraica habrá que checar esta distancia en caso contrario hay que aumentar LCV. Por otra parte el criterio para determinar la ubicación de la longitud de la curva vertical conforme al cadenamiento y su elevación están dadas por las siguientes expresiones:

1 El cadenamiento del PCV = cadenamiento del PIV – longitud de la curva LCV entre dos2 La elevación de PCV = elevación del PIV – la pendiente de entrada (P1) por la distancia del PCV al PIV3 El cadenamiento del PTV = cadenamiento del PIV + la longitud de la curva LCV entre dos

63

___AS2___

122+3.5 S

122+3.5 SA

--- 4

--- 5

--- 6


4 La elevación del PTV = Elevación del PIV – la pendiente de salida (P2) por la distancia del PIV al PTV

Una cosa es LCV y otra las elevaciones de la curva vertical, estas se establecen después de determinar su longitud, y haber ubicado los puntos de PCV y PTV con las expresiones anteriores, para realizar esto se usa nuevamente las propiedades de la parábola que ayuda a encontrar las elevación a intervalos regulares. Considere una curva en cima con los datos de la figura 2.11.

FIGURA 2.11 Datos iniciales para las elevaciones de la curva en cima

Como se observa la longitud de la curva esta dada, la cual fue obtenida solo de forma algebraica y solo habrá que localizar a PCV y PTV como se menciono. Un proceso se puede establecer en un principio por un registro como el mostrado en la tabla 2.4.

LONGITUD DE LA CURVALCV = (+ P1 %) - (+ P2 %)

ESTAC.No.

CADENAMIENTO ELEVACION DESNIVEL EN TANGENTES

PCV PTV PCV PTV P1 P 2

7.4 8 10 + 160

10 + 220

21.425 20.945 0.68 0.80

TABLA 2.4 Registro de valores del LCV, PCV Y PTV

De las propiedades de la parábola, Y = Kx2, donde k es una constante y esta dada por k = P / 10L (donde L es la longitud horizontal de la curva vertical y no la longitud a lo largo de la curva). El valor de la constante K = 0.0925, sustituyendo la expresión en relación a la tangente de la curva en la estación correspondiente se encuentran las ordenadas de la curva vertical en cima. Estas ordenadas serán las cotas que establecen a la curva. La tabla 2.5 resume a cada una de las estaciones.

ESTACION COTAS EN LA TANGENTE X X2 K Y COTAS EN LA

CURVA

PCV 10 + 060

10 + 08010 + 10010 + 12010 + 14010 + 16010 + 18010 + 200PTV 10 +

220

21.42522.10522.78523.46524.14523.34522.54521.74520.945

--1234321--

--149

16941--

-----0.09250.09250.09250.09250.09250.09250.0925

-----

-----0.09250.37000.83251.48000.83250.37000.0925

-----

21.425022.012522.415022.632522.665022.512522.175021.652520.9450

COMPROBACION COTA DEL ULTIMO PUNTO IGUAL AL PTV

64

PENDIENTESP1 = + 3.4 % ( ENTRADA )P2 = - 4.0 % ( SALIDA )

160 m

12

3 4 32

1 PTVPCV

PIV

P % P' %

KIM PIV = 24.145ELEV. PIV = 10 + 140


TABLA 2.5 Registro de valores para las elevaciones de la curva vertical en cima

La curva calculada es una cima y por tal motivo las correcciones son negativas, en el caso de que la curva sea en columpio, las correcciones son positivas y se sumaran a las cotas dadas sobre la tangente.

Para comprobar el que no se haya cometido algún error en el calculo, a la cota del penúltimo punto se le resta (en el caso de las cimas) o se le suma (en el caso de los columpios) el desnivel correspondiente a su distancia al PTV, disminuido con el valor de “Y” si es estación completa, o en la mitad de “Y” si es en media estación, y el resultado debe dar la elevación del PTV.

En el caso que acabamos de resolver, el penúltimo punto corresponde a la estación 10 + 200 con elevación calculada de 21.6525; el desnivel correspondiente es el 20 metros con pendiente de – 4 % por lo tanto; el desnivel es igual a (0.04 * 20 ) esto es 0.800, pero se le resta “Y” que es igual a 0.0925 nos da el resultado de 0.7075.

Ahora la elevación en 10 + 200 es igual a 21.6525 menos 0.7075 da el resultado de 20.9450 igual a la elevación del PTV, lo cual indica que el calculo se efectuó correctamente. En la tabla de valores de la curva se puede observar que a partir del PTV los valores de “Y” son simétricos y no es necesario calcularlos.

Alineamiento horizontal

El alineamiento horizontal es la proyección del centro de la línea de un camino sobre un plano horizontal y consta de secciones rectas de la vía, conocidas como tangentes, unidas por curvas horizontales. Generalmente las curvas son segmentos de circulo, que tienen radios que proveen un flujo continuo del transito a lo largo de la curva y se clasifican en curvas horizontales simples, compuestas, inversas y de transición o espirales.

Las tangentes del alineamiento horizontal tienen longitud y dirección. La longitud es la distancia existente entre el fin de la curva horizontal anterior y el principio de la curva siguiente; la dirección es el rumbo o azimut, por lo cual las tangentes están definidas por su longitud y su azimut, para ello podemos destacar dos tipos de longitudes; la longitud mínima y longitud máxima.

La longitud mínima de una tangente horizontal es aquella que se requiere para cambiar en forma conveniente la curvatura, la pendiente transversal y el ancho de la corona, algo a considerar en esta longitud es lo siguiente:

1 Entre dos curvas circulares Inversas con transición mixta deberá ser igual a la semisuma de las longitudes de dichas transiciones.

2 Entre dos curvas circulares Inversas con espirales de transición, podrá ser Igual a cero (O).3 Entre dos curvas circulares Inversas cuando una de ellas tiene espiral de transición y la otra tiene transición mixta,

deberá ser igual a la mitad de la longitud de la transición mixta.4 Entre dos curvas circulares del mismo sentido, la longitud mínima de tangente no tiene valor especificado.

En cambio la longitud máxima de tangentes no tiene límite especificado, sin embargo, en el proyecto, es conveniente tomar en cuenta otras recomendaciones que influyen sobre el conductor por ejemplo, en zonas muy llanas esta longitud se limita a 15 km por razones de seguridad, ya que las longitudes mayores causan somnolencia y dañan los ojos de los conductores.

65


Es factible que se presenten accidentes graves en los terrenos donde se puedan tener tangentes de mayor longitud que la señalada, por lo cual es conveniente introducir bayonetas en dos o tres curvas amplias a distancias de aproximadamente 15 km, en donde más convenga para cumplir con la condición anterior.

Dos tangentes consecutivas del alineamiento horizontal se cruzan en un punto de inflexión (PI), formando entre sí un ángulo de deflexión (), que está constituido por la continuación de la tangente de entrada hacia adelante del PI y la tangente de salida.

En general, para cambiar la dirección de un vehículo de una tangente horizontal a otra se requieren curvas, estas se emplean para enlazar los tramos rectos del trazo de una carretera o vía de ferrocarril. Como se indico las curvas son segmentos de círculo que tienen radios.

Radios que proveen un flujo continuo del transito a lo largo de la vía. Cuando un vehículo se mueve siguiendo una curva circular, existe una fuerza radial hacia dentro que actúa sobre el vehículo, denominada fuerza centrífuga. También existe una fuerza radial hacia fuera imaginada por el conductor, como resultado de la aceleración centrípeta que actúa hacia el centro de curvatura. Con objeto de balancear el efecto de la aceleración centrípeta, el camino tiene un peralte hacia el centro de la curva.

La inclinación del camino hacia el centro de la curva se conoce como sobreelevación (peraltamiento en América del Sur). La aceleración centrípeta depende de la componente del peso del vehículo a lo largo de la superficie inclinada del camino y de la fricción lateral entre las llantas y la superficie del camino. En la figura 2.12 se muestra la acción de estas fuerzas sobre un vehículo que se mueve siguiendo una curva circular.

FIGURA 2.12 Fuerzas que interactúan en el movimiento de un vehiculo sobre una curva horizontal

El radio mínimo R de una curva circular para un vehículo que viaja a u km/hora puede determinarse considerando el equilibrio del vehículo respecto a su movimiento ascendente o descendente por el declive. Si es el ángulo de inclinación de la carretera, la componente del peso descendiendo por el declive es W sen , y la fuerza de fricción que también actúa descendiendo por el declive es W f cos La fuerza centrífuga Fc es

Dondeac = aceleración para el movimiento curvilíneo = u2 / R (R = radio de curva)W = peso del vehículog = aceleración de la gravedad

66

En donde:W = Peso del vehiculof s = Coeficiente de fricción lateralg = Aceleración de la gravedadu = Velocidad del vehiculoR = Radio de curva= Angulo de inclinacióne = Tan (incremento de sobre elevación)T = Ancho de la rodadaH =Altura al centro de gravedad


Cuando el vehículo está en equilibrio respecto al declive (es decir, el vehículo se mueve hacia delante pero no asciende ni desciende por el declive), se puede establecer una ecuación para las tres fuerzas relevantes y obtener

Donde fs = coeficiente lateral de fricción y (u2 / g) = R (tan + fs), lo que da

Tan la tangente del ángulo de inclinación del camino, se conoce como incremento de sobreelevación e. Por tanto, la ecuación 7 puede escribirse como

La ecuación 8 muestra que para reducir R para una velocidad dada deben incrementarse ya sea e o fs o ambos. Sin embargo, existen valores máximos estipulados que deben usarse ya sea para e o para fs. Varios factores controlan al valor máximo del incremento de sobre elevación.

Estos incluyen la ubicación de la carretera (es decir, si está en un área urbana o un área rural), las condiciones del; tiempo (tal como la presencia de nieve), y la distribución del tránsito lento dentro de la corriente de tránsito. Los valores que se usan para la fricción lateral fs varían con la velocidad de diseño y con la sobreelevación. En la tabla 2.6 se dan los valores recomendados por la publicación 2.01.01 para usar en diseño.

También cuando un vehiculo circula en una curva horizontal, un objeto ubicado cerca de la orilla interior de la vía puede interferir con la visibilidad del conductor, lo que conduce a una reducción de la distancia de visibilidad delante del conductor. Cuando existe una situación de este tipo, es necesario diseñar la curva horizontal de modo que la distancia de visibilidad disponible, sea cuando menos igual a la distancia segura de frenado.

VELOCIDAD DE

PROYECTOKM/H

COEFICIENTE

DE FRICCIÓNLATERAL

SOBRE ELEVACIÓN

MÁXIMAM/M

GRADO MÁXIMO

DE CURVATURACALCULADOS

GRADOS

GRADO MÁXIMO

DE CURVATURA

PARA PROYECTOGRADOS

30 0.280 0.10 61.6444 60

40 0.230 0.10 30.1125 30

50 0.190 0.10 16.9360 17

60 0.165 0.10 10.7472 11

70 0.150 0.10 7.4489 7.5

80 0.140 0.10 5.4750 5.5

90 0.135 0.10 4.2358 4.25

67

--- 7

--- 8


100 0.130 0.10 3.3580 3.25

110 0.125 0.10 2.7149 2.75

Fuente: Normas de servicios técnicos, proyecto geométrico, carreteras.

TABLA 2.6 Coeficiente de fricción lateral para diferentes velocidades de proyecto

Por tanto, el diseño del alineamiento horizontal implica la determinación del radio mínimo, la determinación de la longitud de la curva y el cálculo del grado desde la tangente a la curva, para facilitar el trazado de la curva. En algunos casos, para evitar un cambio brusco de una tangente con radio infinito a una curva de radio finito, se coloca una curva con radios que varían desde un valor infinito, hasta el radio de la curva circular entre ésta y la tangente. Una curva de este tipo se conoce como curva de transición o espiral.

Como se indicó al principio, se pueden distinguir cuatro tipos de curvas horizontales: simples, compuestas, inversas y de transición o espirales. Las curvas horizontales simples son las más frecuentes y están constituidas por un tramo de una sola circunferencia; las compuestas son curvas formadas por varios tramos de curvas simples, de radios diferentes, según las necesidades del terreno o de las estructuras, como las de pasos a desnivel; las curvas inversas son las que se forman al poner una curva a continuación de otra pero de deflexión contraria, se utilizan para caminos pero solo en casos muy especiales y curvas de transición o espirales las que se forman por una curva horizontal simple mas dos curvas espirales una de entrada y una de salida. Ver figura 2.13.

En los caminos vecinales muchas veces se usan curvas circulares horizontales simples sin curvas de transición en los extremos, cosa que no se hace en los caminos estatales o federales, ya que en ellos es necesario hacer uso de las curvas de enlace.

Como se afirmo, la curva es un segmento de círculo de radio R. El punto en el cual inicia la curva se conoce como el punto de comienzo (PC), y el punto en el cual termina se conoce como el punto de termino (PT). El punto en el cual se intersectan las dos tangentes se conoce como el punto de intersección (PI). A continuación se presentan los dos tipos de curvas horizontales mas usuales en las vías terrestres estas son las curvas horizontales simples y las inversas o de transición

Curvas simples: Para el caso de una curva circular simple se describe ya sea por su radio, (por ejemplo, una curva con un radio de 60 metros) o por el grado de curvatura. Existiendo dos definiciones del grado de una curva: el arco y la cuerda10.

10 Comúnmente se usa la definición de arco para el trabajo de vías, y la definición de cuerda se usa para el trabajo de ferrocarriles.

68

a ) b )

c ) d )


FIGURA 2.13 Esquema de diferentes tipos de curvas: a )simple, b)compuesta, c)inversa y d) espirales

El arco define a la curva en términos del Angulo subtendido desde el centro de un arco circular de 20 metros de longitud. Figura 2.14.a. Por ejemplo, esto significa que para una curva de 2º, un arco de 20 metros estará subtendido por un Angulo de 2º desde el centro, aunque estos arcos pueden ser de 5, 10 o 20 m, según el proyecto de que se trate. En México lo más usual es la de 20 m y en Estados Unidos es la de 100 pies. El desarrollo de arco de 20 m y su relación con el radio de la curva es:

360 / 2 Rc = Gc / 20De donde:

Rc = 1145.92 / Gc

Por tanto puede determinarse el radio de la curva si se conoce el grado de la curva. En lo contrario la cuerda define a la curva en términos del Angulo subtendido desde el centro por una cuerda de 20 metros. Figura 2.14.b. Lo anterior quiere decir que para una velocidad de proyecto, es posible usar varios grados de curvatura, pero sin exceder el máximo, este valor máximo conforme a las normas de servicios técnicos esta dado por la expresión

Gmáx = 146000 ( + Smax ) V2

En donde:Gmáx = Grado máximo de curvatura = Coeficiente de fricción lateral.Smáx = Sobre elevación máxima de la curva, en m/m.V = Velocidad de proyecto, en km/h.En la tabla 2.6 se indican los valores de los grados máximos de curvatura para cada velocidad de proyecto. Este ángulo, como se ve, al aumentar o disminuir de tamaño hace mas forzada o mas suave una curva, y dependerá del proyecto en cuestión que se elija el rango de variación del grado de curvatura dentro de las especificaciones para caminos. También, al igual que con el radio R, conocido el valor de g (grado de curvatura) podemos conocer los demás elementos de la curva. Los elementos que caracterizan una curva horizontal simple se muestra en la figura 2.15.

69

2020 20 20

20 20202020

20

Rc

a) ARCO b) CUERDA


FIGURA 2.14 Definición de cuerda y arco para una curva circular

Haciendo referencia a la figura 2.16 y con el uso de las propiedades del circulo, las dos subtangentes ST y CL son iguales y se designan como ST. El formado por las dos tangentes se conoce como Angulo de deflexión. Por tanto, la longitud de la subtangente puede obtenerse como

ST = Rc ( Tang ( c / 2 ) )

La longitud CL de la cuerda PC-PT, que se conoce como cuerda larga, esta dada como

CL = 2 Rc ( Sen ( 2 ) )

La externa es la distancia desde el punto de intersección de la curva en una línea radial y esta dada como

E = Rc ( Secante c / 2) – 1

La ordenada media M es la distancia entre el punto medio de la cuerda larga y el punto medio de la curva, y esta dada como

M = Rc ( Sen Ver ( c / 2) )

La longitud de la curva Lc esta dada como

Lc = ( 20 c ) / Gc

Por ultimo la cuerda C que corresponde a un punto sobre la curva circular PSC y su longitud esta dada como

C = 2 Rc ( Sen 2 ) ; l = ( 20 ) / Gc

CURVA CIRCULAR ELEMENTOS

70


FIGURA 2.15 Elementos de la curva circular

Hay dos maneras de proyectar las curvas circulares una consiste en escoger la curva que mejor se adapte y posteriormente calcular su grado de acuerdo con el radio con el cual se trazo; y la otra consiste en emplear curvas de determinado grado, como los que aparecen en la tabla 2.7 y calcular los demás elementos de ellas.

Debido a la facilidad que presenta el cálculo de estas curvas, es más recomendable la segunda alternativa. En el proyecto de las curvas circulares horizontales hay que hacer algunas consideraciones tales como

El de no proyectarlas en el mismo sentido cuando entre ellas exista una tangente corta, siendo preferible emplear una sola curva que abarque las dos.

Las curvas contiguas del mismo sentido presentan muy mal aspecto y además son peligrosas para el tránsito. Cuando no sea posible hacer la sustitución de las dos curvas por una sola entonces es necesario dejar como

mínimo, una distancia de tres estaciones entre los extremos de las transiciones.

En muchas ocasiones puede ser útil el empleo de curvas compuestas porque facilitan la adaptación de la curva a la topografía del terreno, sin embargo, en muchas ocasiones también pueden ser peligrosas, más cuando se cambia de radio de una curva a la otra. Generalmente una curva horizontal simple se traza en el campo, estacando puntos de la curva con el uso de ángulos de deflexión, que se miden a partir de la tangente en el punto de comienzo (PC) y la longitud de las cuerdas que unen a las estaciones completas consecutivas. La figura 2.16 es un esquema del procedimiento. Entonces se calculan los ángulos de deflexión desde el PC hasta cada estación completa. Se instala un tránsito sobre el PC y cada estación completa se ubica en el terreno usando el ángulo de deflexión apropiado, y se mide la distancia de la cuerda desde la estación precedente. Para el trazo de la curva horizontal existen diferentes métodos a utilizar como son:

1 Por coordenadas polares (por deflexiones) caso general2 Por coordenadas rectangulares 3 Por tangentes auxiliares4 Por desviaciones o cuerdas secantes sucesivas y5 Por método de las abscisas.

71

D5D4D3D2D1

PI

PTPC

20202020

20


FIGURA 2.16 Ángulos de deflexión de una curva circular simple

Veamos un ejemplo de cálculo de una curva horizontal, así como los datos necesarios para el trazo de ella en campo: El Angulo de deflexión de una curva es de82º24’. Si el PI se localiza en la estación Km 10 + 508.90, calcule los elementos necesarios de una curva circular para una velocidad de proyecto de 80 km/hr de camino tipo “A”, utilizando los grados máximos de curvatura de la tabla 2.11, así como determinar los ángulos de deflexión y las cuerdas para trazar la curva con estaciones completas desde el PC (Utilizando el método de deflexiones). La figura 2.17 muestra un esquema de la curva.

FIGURA 2.17 Esquema de la curva horizontal simple

Como se describe, se necesitan al menos de 3 elementos de la curva para su cálculo, cualquier otro dato seria superabundante, conociendo Gc, PI con estos datos mínimos se pueden calcular los demás elementos. De la tabla 2.6 tomamos el grado máximo de curvatura que corresponde para esa velocidad que es de 5.5º Los elementos necesarios se resumen a continuación y se expresan en la tabla 2.7.

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= 82º 24'PI = km 10 + 508.90

PC PT


Conociendo el radio de la curva en primera instancia, columna 1. Calculamos el valor de la subtangente que no va a servir para fijar el punto donde la curva comienza. Con la longitud de la subtangente (ST) columna 2, y conociendo el kilometraje del punto de interseccion (PI), determinamos el kilometraje de comienzo (PC) de la curva, columna 3. Para encontrar el kilometraje del punto de termino (PT) de la curva, necesitamos el valor de la longitud de la curva (LC) columna 4, por lo tanto el kilometraje del punto de termino (PT) será el de la columna 5.

Rc = 1145.92 /Gc( 1 )

ST = Rc Tang c / 2( 2 )

PC = PI – ST( 3 )

Lc= 20 c / Gc( 4 )

PT = PC + LC( 5 )

208.34 m 182.39 m Km 10 + 326.51 299.64 m 10 + 626.15

TABLA 2.7 Registro de datos de curva horizontal

En cuanto al trazo de la curva utilizaremos el método de deflexiones, ya que tenemos que el ingeniero ha determinado todos los elementos de las mismas y por lo tanto en el campo fijará primero el PI y cadeneará la ST para fijar el PC y el PT.

Se coloca el aparato en el punto correspondiente al PC con ceros del limbo y la aliada coincidiendo, se fijará el movimiento general y se dará la primera deflexión, para obtener la primera estación 10 + 520.

Las deflexiones se calculan, según el grado de la curva, así:

Deflexión por 20 m = ( G/2 ) / 20 = ( 5.5º / 2 ) / 20 = 0º 8’ 15”

O también: d = ( / 2 ) / Lc = ( 82º 24’ / 2 ) / 299.64 = 0º 8’ 15”

Entonces 13.49 m x 0º 8’ 15” = 1º 51’ 17.55”

Con la primera deflexión de 1º 51’ 17.55”, se continua ya conforme al cadenamiento de 20 m y la reflexión será la deflexión anterior 1º 51’ 17.55” + deflexión de cada 20 m que es 2º 45’ = 4º 36’ 17.55”, y así sucesivamente hasta llegar a la visual correspondiente a la estación 10 + 620. Ahora igual que al principio, se requiere calcular la deflexión para 6.67 m para visar el PT.

6.15 x 0º 8’ 15” = 0º 50’ 42”

Como comprobación, la ultima deflexión viendo el PT será igual a la mitad de El PT no se fija mediante el trazo de la curva si no desde el PI, con la ST. En la tabla 2.13 aparece el registro de datos para trazar la curva:

Curvas de transición (espirales): Se colocan curvas de transición entre tangentes y curvas circulares o entre dos curvas circulares adyacentes que tiene radios marcadamente diferentes, en general, para cambiar la dirección de un vehículo de una tangente horizontal a otra se requieren curvas cuya longitud sea proporcional a la variación de la aceleración centrífuga, y con las cuales la aceleración centrífuga de los vehículos varíe de cero a un máximo hacia el centro y luego disminuya a cero al llegar a la tangente posterior. Las curvas que cumplen con estas condiciones son la espiral de Euler y la lemniscata de Bemoulli. Como no es posible utilizar una espiral para realizar el cambio, se utilizan dos, una de entrada y otra de salida de la misma longitud, y se acostumbra colocar entre ellas una curva circular en la que no hay cambio de aceleración centrífuga y que se identifica por su grado de curvatura.

PUNTO CADENAMIENT

O

DEFLEXIÓN DATOS

CURVA

R M O R A C Notas

73


PT151413121110987654321

PC

10 + 626.67620600580560540520500480460440420400380360340

10 + 326.51

41º12’00”40º21’17”37º36’17”34º51’17”32º06’17”29º21’17”23º36’17”23º51’17”21º06’17”18º21’17”15º36’17”12º51’17”10º6’17”7º21’17”4º36’17”1º51’17”0º00’00”

PI =10 + 508.90= 82º 24”Gc = 5.5º

Rc = 208.34 mST = 182.39 mLc = 299.64 m

N 12º 00’ E

N 72º 30’ E

N 21º 42’ E

N 82º 12’ E

TABLA 2.8 Registro de datos para el trazo de curva por el método de deflexiones

Normalmente para efectuar las transiciones se emplea la Clotoide o Espiral de Euler, cuya expresión es:

RcLe = K2

En donde:Rc = Radio de la curva circular, en metros.Le= Longitud de la espiral de transición en metros.K2 = Parámetro de la espiral, en m2

El cambio gradual en el radio da como resultado un desarrollo igual correspondiente de las fuerzas centrífugas, reduciendo de esta manera los efectos adversos antes mencionados. Las curvas de transición también mejoran la seguridad al conducir, al facilitar que los vehículos permanezcan en sus propios carriles al entrar o salir de las curvas. Cuando no se proporcionan curvas de transición, los conductores tienden a crear sus propias curvas de transición, moviéndose lateralmente dentro de su carril de circulación y, a veces, hacia el adjunto, una maniobra peligrosa. Además, las curvas de transición dan lugar a una alineación estéticamente más agradable, dando a la carretera una apariencia suave, sin rupturas notables al principio y el final de las curvas circulares. Los elementos de una curva circular con espirales de entrada y salida se muestran en la figura 2.18. En México, la longitud de la curva de espiral se calcula por comodidad y su valor se obtiene con la formula:

Le = 8 V S

Donde:V = Velocidad de proyecto en Km / hS = Sobre elevación de la curva circular.

Algunas características de esta longitud, según las normas de servicios técnicos de la SCT son:

1 La longitud mínima de la espiral para carreteras tipo “A” de dos carriles y de cuatro carriles en cuerpos separados, “B” y “C” estará dada por la expresión anterior.

2 Para carreteras tipo A de cuatro carriles en un solo cuerpo (A-4), la longitud mínima de la espiral calculada con esta formula deberá multiplicarse por uno punto siete (1.7).

No obstante, los resultados de un estudio reciente indican que en condiciones operativas, la longitud más conveniente de una curva espiral es aproximadamente la longitud de la trayectoria espiral natural, que emplean los conductores

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cuando cruzan la curva, sin embargo, en el proyecto, es conveniente tomar en cuenta las recomendaciones que al respecto se indicaron.

CURVA CLOTOIDE ELEMENTOS

FIGURA 2.18 Elementos de la curva circular con espirales.

El cálculo para el trazado de una curva de transición está fuera del alcance de esta guía didáctica. De hecho, muchas dependencias de vías no utilizan curvas de transición, ya que los conductores generalmente van a conducir el vehículo de manera gradual hasta que siga una curva circular. Una alternativa práctica para la determinación de la longitud mínima de una espiral, es usar la longitud requerida para obtener la longitud de sobreelevacion11.

Esta longitud depende de la velocidad de diseño, el incremento de sobreelevación o peraltado, y el ancho del pavimento. Las normas de servicios técnicos recomienda que cuando se usen curvas espirales sea exclusivamente en carreteras tipo “A””B” y “C” y solo cuando la sobreelevación de las curvas circulares sea de 7 % o mayor.

Secciones transversales

La sección transversal de una obra vial es un corte acorde a un plano vertical y normal al centro de línea en el alineamiento horizontal. Las secciones transversales que se identifican en la práctica son tres: en terraplén, en cajón y en balcón o mixta.

11 Anteriormente y en específico en la figura 2.40, se mostró que el pavimento de la vía en una curva circular debe estar peraltado para contrarrestar el efecto de la fuerza centrífuga. La longitud que requiere un tramo de vía para alcanzar una sección peraltada o sobreelevada, a partir de una sección con corona, o viceversa, se conoce como el desarrollo de la sobreelevacion.

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Una terracería es el volumen de materiales que es necesario excavar y que sirve como relleno para formar los terraplenes o los rellenos y que al mismo tiempo son las secciones transversales de la obra. Las terracerías tienen dos partes: la inferior o cuerpo del terraplén y la superior o capa subrasante, con un espesor mínimo de 30 cm. y que se coloca independientemente de la sección tipo que se tenga. Cuando los caminos tienen un volumen de tránsito mayor que 5000 vehículos diarios, los 50 cm superiores del cuerpo del terraplén forman la capa subyacente. Figura 2.19. El material de esta capa debe cumplir con normas de resistencia mínima, expansión máxima y otras características acordes con las funciones que tendrá la estructura.

FIGURA 2.19 Estructura de secciones transversales en terraplén para transito de hasta y mayor a 5000 vehículos diarios

La estructuración debe hacerse de manera que los esfuerzos que lleguen a los materiales con que están construidas sean menores que los que pueden resistir, sin fallas ni deformaciones apreciables, además de la disposición y las dimensiones de sus elementos, mostrados en la figura 2.20.

FIGURA 2.20 Sección típica mixta o en balcón para caminos de dos carriles.

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Seccion transversal en terraplen de una obra vial con volumenes de transito de hasta 5000 vehiculos diarios. Las terracerias se

componen del cuerpo del terraplen y de la capa subrasante en la parte superior. El pavimento se coloca sobre esta capa.

Cuerpo de l terraplen

Seccion transversal en terraplen de una obra vial con volumenes de transito mayor que 5000 vehiculos diarios. Las terracerias se

componen del cuerpo del terraplen en la parte inferior; en seguida se encuentra la capa subrasante, con unminimo de 30

cms de espesor; y sobre esta ultima se coloca el pavimento.

Capa subrasante

Sub - base

Carpeta asfaltica

Terreno natural

Base

30 c

ms

min

imo

Carpeta asfaltica

Base

Sub - base

Capa subrasante

Capa subyacente

Cuerpo del terraplen

Terreno natural

30 c

ms

min

imo

50 c

ms


Es preciso hacer notar que el proyecto geométrico de vías terrestres se realiza al nivel de la línea subrasante12 que marca el final de las terracerías, por lo que las dimensiones que se deben manejar son las que se tendrán a ese nivel, así mismo la finalidad del cuerpo del terraplén es alcanzar la altura necesaria para satisfacer principalmente esas especificaciones geométricas sobre todo en lo relativo a la pendiente longitudinal.

Una cosa más que agregar con respecto a la subrasante y su proyecto geométrico es que es preciso tomar en cuenta:

1 Las especificaciones de la pendiente longitudinal de la obra2 Que la subrasante tenga la altura suficiente para dar cabida a las obras de drenaje y3 La altura conveniente para la subrasante, a fin de que el agua capilar no afecte el pavimento

TIPO DE

CARRETERA

ANCHOS DE

CORONA( m )

CALZADA( m )

ACOTAMIENTOS

( m )

FAJA SEPARADORA CENTRAL ( m )

E 4.00 4.00 --- ---

D 6.00 6.00 --- ---

C 7.00 6.00 0.50 ----

B 9.00 7.00 1.00 ---

A

( A2 ) 12.00 7.00 2.50 ---

( A4 )22.00

mínimo 2 x 7.00EXT INT

1.00 mínimo3.00 0.50

( A4S

)

2 x 11.00 2 x 7.00 3.00 1.00 8.000 mínimo

TABLA 2.9 Anchos de corona, de calzada, de acotamientos y de la faja separadora central

Por otro lado con respecto a los elementos de las secciones transversales, las características de la subcorona son su ancho y su pendiente transversal. En tangentes horizontales, la pendiente transversal es el bombeo que se hace en la corona hacia ambos lados para permitir el desalojo rápido del agua de lluvia; de acuerdo con el tipo de camino, varía de 2 a 3 %.

En las curvas del alineamiento horizontal como se expreso, la sección transversal se denomina sobreelevación o peraltamiento en América del Sur y es la pendiente que se da a la corona completa de la obra vial hacia el centro de la curva. Además de asegurar el drenaje, su función es contrarrestar, junto con la fricción, la fuerza centrífuga que obra sobre los vehículos.

La sobreelevación, la fricción, la velocidad de proyecto y el grado máximo de curvatura para esa velocidad están relacionados con la fórmula que anteriormente se indico, el grado Maximo de curvatura

Gmáx = 146000 ( + Smax ) V2

Para hacer el cálculo con la expresión mencionada, se debe definir Smáx, lo que se realiza de acuerdo con la cantidad de vehículos pesados y si se tienen o no heladas en la zona. En México se usa Smáx = 10 %. Asimismo, se elige conforme el tipo de superficie de rodamiento y la velocidad de proyecto. Para una velocidad determinada, pero grados

12 No hay que olvidar que el uso de la capa subrasante es una aportación de la ingeniería mexicana de vías terrestres a la práctica mundial.

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de curvatura menores que el máximo, la sobreelevación es menor y se obtiene de las tablas que proporcionan las normas de proyecto geométrico para carreteras. Ver figura 2.21. a y b.

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AC Ampliación de la calzada y la corona, en cm.Sc Sobreelevación, en porcentaje.Le Longitud de la transición, en metros.

( Abajo de la línea gruesa se empleara espirales de transición y arriba se usaran

transiciones mixtas )

NOTAS: Para grados de curvatura no previstos en la tabla, Ac, Sc y Le se contienen por

interpolación lineal






TIPO B y A (A2)

TIPO C


FIGURA 2.21 (a) Ampliaciones y transiciones para carreteras tipo B, A(A2) y C respectivamente

FIGURA 2.21 (b) Ampliaciones y transiciones para carreteras tipo E y D

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TIPO E y D


FUENTE: Normas de servicios técnicos, proyecto geométrico, carreteras

FIGURA 2.22 Desarrollo de la sobreelevación y la ampliaciónPara obtener en la corona la sobreelevación correspondiente a una curva circular, se tendrá que pasar, en el carril exterior del bombeo a posición horizontal, en una distancia denominada "N". En seguida, este mismo carril se gira en otra distancia "N" de horizontal, hasta coincidir con la inclinación de bombeo del carril interior. Finalmente se gira toda la corona hasta tener la sobreelevación requerida de la curva circular; los dos últimos movimientos se realizan en la longitud de la espiral (Le) y el valor de la "N" se calcula con la fórmula siguiente (figura 2.22).

N = (bombeo x Le) / S

Como en la curva circular los vehículos caminan "atravesados", el ancho real que ocupan en la corona es mayor que el que emplean en tangente; por ello, la corona se amplía de acuerdo con el grado de curvatura de la curva circular. Esta ampliación también la proporcionan las normas de proyecto (ver figura 2.21 a, y b) y se coloca hacia afuera de la curva, pero debe haber una transición de cero en la tangente a la totalidad de la ampliación, al inicio de la curva circular. Esta transición se da a lo largo de la curva espiral en proporción a su longitud. Lo mismo se hace sobre la espiral de salida, pero en sentido contrario.

Elementos de la sección transversal

La configuración geométrica de las carreteras y calles, comprende tres componentes básicos: la configuración geométrica de la sección transversal, la configuración geométrica horizontal y la configuración geométrica vertical. Así el tipo, el tamaño y el número de elementos usados en un camino están directamente relacionados con su clase y la función correspondiente del mismo.

Los elementos principales de la sección transversal de una vía son los carriles, los acotamientos y los separadores centrales (para algunas vías de varios carriles). Los elementos secundarios incluyen las vallas de contención de los separadores centrales y las barreras de defensa lateral, el bordillo, las cunetas, las aceras y los taludes laterales.

Carriles de circulación: Los carriles de circulación son esa sección de una carretera o calle, sobre la que se mueve el tráfico. Desde un punto de vista geométrico, los parámetros clave que definen un carril de circulación son el número de carriles, su ancho y pendientes transversales, todo lo cual tiene efecto sobre el nivel de servicio que un camino puede admitir. De igual importancia son las características de la superficie pavimentada y su resistencia al patinaje. Estas características afectan la facilidad global para conducir, la seguridad y el mantenimiento futuro de un camino. Para la mayor parte de las carreteras, tres carriles en una dirección suele ser el máximo instalado. En ciertas situaciones, se pueden suministrar cuatro carriles en una dirección. Sin embargo, si se requieren más de tres carriles y se dispone de terreno suficiente, se deben de construir carreteras duales en cada dirección. En general, el número seleccionado de carriles se debe de basar en el volumen de diseño del tráfico y en otras consideraciones relacionadas con el diseño.

Acotamientos: A los cuales también se les denomina hombros, son aquellas porciones del camino comprendidas entre el bordo de la vía exterior de tránsito y el borde interno de la cuneta o del talud según sea la sección en corte o en terraplén, y el borde de una guarnición adyacente. Un acotamiento se diseña para dar lugar para detenerse y proporcionan un lugar para que los vehículos se estacionen cuando sufran algún desperfecto o por cualquier otra causa. También sirven para apoyo lateral de la base y las capas superficiales. Los acotamientos deben ser capaces de sostener el arranque, la detención y el movimiento de vehiculo, sin que formen baches apreciables. Actualmente los acotamientos varían cada uno dependiendo ello del tipo de camino que se construya y de las condiciones económicas imperantes. Es aconsejable que los acotamientos vayan cubiertos o pavimentados

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hasta el riego de impregnación con el fin de proteger la vía y además para dar sensación de seguridad al conductor. Una sección transversal de camino de 3.66 m por vía de circulación pavimentada y de 1.84 m por cada acotamiento, se supone como condición perfecta. Una reducción en cualquiera de ellos reduce la capacidad del camino. El "Nivel de Servicio" de una carretera es un término que denota el número de condiciones de operación diferentes que pueden ocurrir en un carril o camino dados. Figura 2.23.

FIGURA 2.23 Representación del camino tipo A (A2) con dos carriles y acotamientos de 2.50 m para un TDPA de 3000 a 5000 vehículos.

Separador central o camellón: Un separador central es la sección que divide una vía y que separa los carriles en sentidos opuestos. El ancho de un separador central, es la distancia entre las orillas de los carriles interiores, incluyendo el acotamiento del mismo. Sus funciones son:

1 Proveer un área de recuperación para los vehículos fuera de control.2 Separar el tránsito en sentido contrario.3 Proveer áreas de parada durante las emergencias. 4 Proporcionar áreas de almacenamiento para los vehículos que dan vuelta a la izquierda y para los que dan vuelta

en u.5 Suministrar refugio para los peatones.6 Reducir el efecto del deslumbramiento de los faros, de los vehículos en sentido contrario.7 Suministrar carriles temporales y cruces, durante las operaciones de mantenimiento.

Los camellones centrales pueden ser ya sea realzados, a nivel o deprimidos. Con frecuencia se usan los camellones realzados en las vías principales urbanas, porque facilitan el control de los giros a la izquierda en las intersecciones, aprovechando parte del separador para hacer carriles exclusivos de vuelta a la izquierda. Los separadores realzados tienen algunas desventajas, tales como la posible pérdida del control del vehículo por parte del conductor, que impacta accidentalmente con el camellón, y la pérdida de visibilidad del bordillo ocasionada por la sombra que produce el cono de luz, de los vehículos que van en dirección contraria. Los separadores que están a nivel usan comúnmente vías principales urbanas. También pueden emplearse en los caminos de acceso limitado, pero con barreras en el camellón. Para facilitar el drenaje del agua superficial, el camellón al nivel debe tener una cresta o cima. En las áreas urbanas es práctica común convertir los camellones a nivel en carriles de doble sentidos, para facilitar los giros a la izquierda, ya que esto ayuda a aumentar la capacidad de la vía urbana, al tiempo que provee algunas de las características de un separador central. Los camellones deprimidos generalmente se usan en los caminos de acceso controlado o autopistas, y son más efectivos para el drenaje del agua superficial. El ancho del camellón debe ser tan grande como sea posible, pero debe equilibrarse con los otros

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ACOTAMIENTOS

ACOTAMIENTOS

CARRIL


elementos de la sección transversal y con el costo incurrido. En general, entre más ancho sea el camellón, es más efectivo para suministrar condiciones seguras de operación. Figura 2.24.

FIGURA 2.24 Representación del camino tipo A (A4) con separador central o camellon

Barreras para el tráfico: Las barreras a los lados de los caminos se usan para proteger a los vehículos y a sus ocupantes del impacto contra características naturales o fabricadas por el hombre que se encuentren en esos lados. Además de proteger a los vehículos, también se pueden utilizar las barreras para el tráfico con el fin de resguardar a los peatones, cuadrillas de construcción o ciclistas del tráfico errante. En su forma más básica, una barrera para el tráfico se diseña para prevenir que un vehículo que se salga de la vía de circulación choque contra un objeto fijo. En principio, la barrera debe contener a un vehículo errante y, a continuación, volverlo a dirigir. Debido a la naturaleza variable de los impactos de los vehículos y a los efectos destructivos a altas velocidades, deben de conducirse extensas pruebas de choques a plena escala para tener la seguridad de que la barrera que se va a usar es adecuada. Se cuenta con barreras de diversos tamaños y formas. La elección del tipo que se vaya a usar depende de diversos factores, incluyendo el medio ambiente en el que está ubicada la carretera, así como la velocidad y el volumen de tráfico. Las barreras para el tráfico se pueden clasificar como:

1. Barreras longitudinales,2. Barandales y barreras para puentes 3. y Amortiguadores de choques.

Solo expondremos las barreras longitudinales las cuales se pueden clasificar en barreras centrales y laterales.Las barreras centrales se pueden definir como un sistema longitudinal que se usa para evitar que un vehículo sin control, cruce una vía con sentidos separados, de una dirección a la opuesta. Por otro lado, las barreras de contención en los lados del camino protegen a los vehículos de los obstáculos o de los taludes a un lado del camino. También pueden usarse para proteger los peatones y a la propiedad del flujo vehicular. Debe considerarse la instalación de vallas de contención en el camellón cuando el volumen vehicular es alto y cuando el acceso a las carreteras de varios carriles y a otras carreteras está sólo parcialmente controlado. Sin embargo, cuando el separador de una vía dividida tiene características físicas que puedan crear condiciones de inseguridad, como hondonadas súbitas laterales u obstáculos, debe considerarse la instalación de una barrera en el separador, sin importar el volumen vehicular o el ancho del separador. Deben instalarse barreras laterales siempre y cuando sea necesario dotar de protección a los vehículos. Por ejemplo, cuando el talud de un terraplén es pronunciado o cuando hay un objeto a un lado del camino, tal como el mirador de un puente, se justifica la instalación de una barrera a lo largo del camino. Estas barreras también difieren en la magnitud y deflexión que sufren cuando un vehiculo choca contra ellas. Las categorías principales de barreras longitudinales ya sea central o lateral y con base en la cantidad de deflexión permitida, son sistemas flexibles, semirrígidos y rígidos. La figuras 2.26 muestra esta clasificación.

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4 CARRILES 4 CARRILESSEPARADOR CENTRAL O CAMELLON


Guarniciones y cunetas: Una guarnición es un elemento elevado que se usa entre otras cosas, para denotar el borde de una carretera. Las guarniciones se pueden construir de concreto o mezcla asfáltica. Además de delinear el pavimento, las guarniciones permiten controlar el drenaje, reducen el derecho de vía, mejoran la apariencia, delinean las vías de los peatones y reducen las operaciones de mantenimiento. Las guarniciones pueden clasificarse en forma general, ya sea como verticales o talud.

FIGURA 2.25 Barreras longitudinales típicas para carreteras a) Rígida, b) Semirrígida y c) Flexible, usadas en la parte central o lateral

La finalidad de una guarnición vertical es prevenir o limitar la posibilidad de que un vehiculo se salga de la carretera. Con este fin, este tipo de guarnición se hace relativamente alto y se le da una cara empinada. Como talud ofrece la ventaja de que un vehiculo puede cruzarla cuando sea necesario. Sin embargo, como las guarniciones verticales, no se deben de utilizar a lo largo de los bordes de las vías de circulación de carreteras de alta velocidad y alto volumen. A menudo, las guarniciones en talud se usan a lo largo del borde exterior de un acotamiento para control del drenaje, reducción de la erosión y delinear mejor. En la figura 2.26 se muestran algunas guarniciones de vía típicos. Se deben de hacer contrastar el color y la textura de estas guarniciones con los de la carretera adyacente, para mejorar su visibilidad, en especial durante la noche y en condiciones climatológicas adversas. Un método que se aplica para mejorar la visibilidad de las guarniciones es aplicar superficies reflectoras. Otro procedimiento es formar depresiones y costillas en las guarniciones que reflejen las luces de los faros.

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CERCA ESLABONADA DE CABLE

c )b )

BARRERA CENTRAL EN W CON BLOQUES Y CAJA

CAJA W CON BLOQUE

S

a )

BARRERA CENTRAL DE CONCRETO BARRERA LATERAL EN W

SOBRESALIENTE

W SOBRESALIE

NTE


Las cunetas o zanjas de drenaje en general se localizan en el lado pavimentado de la guarnición como estructura principal de drenaje de la vía. Las cunetas son zanjas que se hacen a ambos lados del camino con el propósito de recibir y conducir el agua pluvial de la mitad del camino (o de todo el camino en las curvas), el agua que escurre por los cortes y a veces la que escurre de pequeñas áreas adyacentes. Cuando las cunetas pasan del corte al terraplén, se prolongan a lo largo del pie del terraplén dejando una berma convencional entre dicho pie y el borde de la cuneta para evitar que se remoje el terraplén lo cual es causa de asentamientos. Debido a que el área a drenar por las cunetas es relativamente pequeña, generalmente se proyectan éstas para que den capacidad a fuertes aguaceros de 10 a 20 minutos de duración. Se puede decir que se considera suficientemente seguro proyectar cada cuneta para que tomen el 80% de la precipitación pluvial que cae en la mitad del ancho total del derecho de vía. Las dimensiones, la pendiente y otras características de las cunetas, se determinan mediante el flujo que va a escurrir por las mismas. Las cunetas generalmente se construyen de sección transversal triangular o trapecial y su diseño se basa en los principios del flujo en los canales abiertos. Para facilitar el drenaje, las guarniciones se pueden combinar con una cuneta para crear una sección combinada.

FIGURA 2.26 Guarniciones típicas para carreteras a) verticales usadas para prevenir que los vehículos se salgan del camino y b) talud para permitir que los vehículos crucen cuando sea necesario. (Especificaciones A.A.S.H.T.O.)

Aceras: Las aceras se usan de manera predominante en los medios urbanos, pero también se utilizan en las carreteras. Debido a su costo, se debe justificar el uso de las aceras, antes de incorporarlas a una sección transversal. Por ejemplo, las vías rurales de alta velocidad pueden requerir banquetas en áreas con altas concentraciones de peatones, como áreas contiguas a escuelas, plantas industriales y negocios. En general, deben instalarse aceras cuando el transito de peatones es elevado a lo largo de vías principales o de alta velocidad ya sea en áreas rurales o urbanas. No obstante, cuando se instalan, las aceras siempre deben estar separadas de un acotamiento, de preferencia por una guarnición. A veces, un acotamiento puede cumplir con el papel de acera, si se construye y se mantiene de manera que se aliente su uso por parte de los peatones.

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a) GUARNICION VERTICAL b) GUARNICION EN TALUD


Taludes: Se construyen taludes en los terraplenes y rellenos para dar estabilidad a los trabajos en tierra, también sirven como una característica de seguridad ya que proporcionan un área de recuperación para los vehículos fuera de control. Cuando se consideran como una característica de la seguridad, las partes importantes de la pendiente transversal, son el punto de cambio de la pendiente, el contra talud, y el pie del talud como se muestra en la figura 2.27. El punto de cambio de pendiente es potencialmente peligroso porque puede causar que los vehículos salten en el aire al cruzarlo, lo que resulta en la pérdida de control del conductor. El redondeo del punto de cambio de pendiente, mejora el control del vehículo por parte del conductor. La contra pendiente es el área que sirve principalmente como área de recuperación, donde puede reducirse la velocidad del vehículo y pueden realizarse otras maniobras de recuperación para retomar el control del vehículo. Por tanto, la inclinación de la contra pendiente no debe ser pronunciada. Generalmente se usan taludes de 1.5:1. Esto puede incrementarse solamente cuando las condiciones del sitio lo determinen. Para facilitar el movimiento seguro de los vehículos desde la contra pendiente hasta el talud exterior, se redondea el pie del talud como se muestra en la figura 2.27.

FIGURA 2.27 El talud y partes que integran el borde de un camino

Estructuras especiales para vehículos pesados en cuestas empinadas

Las estadísticas recientes indican un incremento continuo del número anual de vehículo-km de los camiones grandes en las vías del país en los últimos años. Este factor hace necesario considerar la construcción de instalaciones especiales en los tramos de vía con pendiente pronunciada, que desalojan volúmenes elevados de vehículos pesados. Las dos instalaciones que normalmente se consideran son los carriles de ascenso y las rampas de escape de emergencia.

Carriles de ascenso: Un carril de ascenso es un carril extra en la dirección cuesta arriba para que lo usen los vehículos pesados cuya velocidad se reduce significativamente por la pendiente. Un carril de ascenso elimina la necesidad de que los conductores de otros vehículos que usan el carril normal cuesta arriba reduzcan su velocidad, lo que sería necesario si encuentran a un vehículo pesado que se mueve lentamente justo enfrente en el mismo carril. En el pasado, la construcción de los carriles de ascenso no era común debido al costo adicional de construcción. Sin embargo la tasa creciente de accidentes que se asocian directamente con la reducción de la velocidad de los vehículos pesados, en las secciones empinadas de las carreteras de dos carriles y la marcada reducción de la capacidad de estas secciones cuando están presente los vehículos pesados, han hecho necesario el considerar seriamente la construcción de carriles de ascenso en estas vías. La condición básica que sugiere el uso de un carril de ascenso es cuando una pendiente es más larga que su longitud crítica. La longitud crítica es aquella longitud que causa una reducción de velocidad del vehículo pesado de 15 km/hora o mayor. Esto es importante ya que la cantidad por la cual se reduce la velocidad del camión en una cuesta depende de la longitud de la cuesta. La longitud del carril de ascenso depende de

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las características físicas de la cuesta, pero un lineamiento general es que el carril de ascenso debe ser lo suficiente largo para facilitar la reincorporación del vehículo pesado al flujo vehicular principal sin causar una condición de peligro. El carril de ascenso se construye solamente si, además del requerimiento de la longitud crítica, la tasa de flujo vehicular cuesta arriba es mayor que 200 vehículos/hora y el flujo de camiones cuesta arriba es mayor que 20 vehículos/hora. Los carriles de ascenso no se usan con frecuencia en las vías de varios carriles, ya que los vehículos que se mueven relativamente más rápido pueden rebasar a los vehículos que se mueven más lentamente usando alguno de los demás carriles. Además, es difícil justificar la construcción de los carriles de ascenso con base en la capacidad, ya que las vías de varios carriles en general tienen una capacidad adecuada para desalojar la demanda de tránsito, incluyendo el porcentaje normal de vehículos que se mueven lentamente, sin congestionarse demasiado.

Rampas de emergencia: Una rampa de emergencia es aquella que se construye en una cuesta descendente de una vía para que la use un conductor que ha perdido el control del vehículo porque fallaron los frenos. El objetivo es construir un carril que se desvíe del flujo vehicular principal mientras que se reduce gradualmente la velocidad del vehículo sin control y el vehículo finalmente se detiene. En la figura 2.28 se muestran los cuatro tipos básicos de diseño que comúnmente se usan. El montículo de arena que se muestra en la figura 2.28.a tiene un montículo de arena seca suelta al final de la rampa de emergencia en la cual se detiene el vehículo. El montículo de arena suministra una resistencia incrementada al rodamiento, y se coloca con una pendiente ascendente para usar la influencia de la gravedad para detener al vehículo. Generalmente los montículos de arena no tienen una longitud mayor que 120 metros. Las superficies descendentes y horizontales que se muestran respectivamente en las figuras 2.28.b y c, no emplean esta influencia de la gravedad para detener el vehículo, sino que en lugar de ello dependen principalmente de la resistencia incrementada al rodamiento que suministra la cama de frenado, que esta construida con agregado suelto. Por tanto, estas rampas de emergencia pueden ser muy largas. La rampa de pendiente ascendente que se muestra en la figura 2.28.d combina el efecto de la gravedad y el incremento a la resistencia del rodamiento, permitiendo tanto una cuesta ascendente como una cama de frenado. Entonces, estas rampas son relativamente más cortas que las rampas de pendiente descendente u horizontal.

FIGURA 2.28 Tipos básicos de rampas de emergencia.

2.1.3 Metodología para el proyecto geométrico

En este inciso se describirá la forma o metodología de realizar el proyecto geométrico de una carretera, que esta integrado por la elección de ruta, el anteproyecto y el proyecto definitivo.

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NOTA: El perfil es a lo largo de la línea de base de la rampa


Elección de la Ruta

Ruta es la franja de la corteza terrestre donde se construirá una vía terrestre, y su ancho es variable, pues es amplia al principio del proyecto y sólo tiene el ancho del derecho de vía al final del trabajo.

La elección de la ruta es la etapa más importante del proyecto de este tipo de obras de infraestructura, pues los errores que se cometen en las etapas subsecuentes se corrigen de una manera más fácil y económica que una falla en el proceso de elección de ruta, que en general consiste en varios ciclos de reuniones, reconocimientos, informes y estudios.

En esta fase los trabajos son de carácter interdisciplinario, ya que intervienen profesionales de diferentes ramas de la ingeniería, como especialistas en proyecto geométrico y en planeación e ingenieros geólogos. Para realizar el proyecto de una obra determinada, se efectúa primero un acopio exhaustivo de datos de la zona por comunicar, mediante mapas del país, del estado o del municipio, de preferencia con curvas de nivel; mapas de climas, geológicos y de minas; fotografías aéreas, etcétera.

En México se pueden utilizar con mucho éxito los planos y las fotografías a escala de 1:50 000 del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e informática (INEGI).

El objeto del reconocimiento es el de examinar una zona del relieve terrestre con el propósito de fijar puntos obligados. Los puntos obligados son aquellos en los que por una parte ayuden en un momento dado a minimizar la construcción como los topográficos y los que son una razón económica (político – sociales) como la cabecera de un distrito o un centro turístico. Claro esta que este ultimo, quiera decir que a fuerzas se tenga que tocar, pero si se debe escoger el mejor trazo aunque no se toquen algunos de los centros ya indicados.

Dentro de los puntos obligados topográficamente hablando están los puertos, el cruce de los ríos y los talweg 13, estos últimos por el lugar que, topográfica y geológicamente hablando, representa las mejores condiciones de paso. Así mismo el paso por los puertos ahorra en el desarrollo longitudinal de la vía, evita que se tengan pendientes muy fuertes y por lo tanto ahorra mucho en la construcción.

Indudablemente que se tienen a la vista varias alternativas pasando por los puntos obligados, pero es necesario estudiar, desde todos los puntos de vista, cual es la solución mas adecuada, y ahí es donde entra el criterio de los especialistas integrantes del grupo de selección de ruta que analizan este material y proponen diferentes alternativas, que primero reconocen y estudian en diferentes condiciones como a caballo, jeep o en vuelos altos en los que usan avionetas, aunque algunas veces sea necesario hacerlo a pie.

Como resultado de los reconocimientos altos, se recomienda tomar fotografías aéreas a escala de 1: 20000 o de 1:10000 de determinados corredores marcados en planos. Con estereoscopios los especialistas interpretan o estudian estas fotografías, para después realizar reconocimientos posteriores por medio de helicópteros, en vuelos altos, medios y bajos. Figura 2.29.

Así, es posible estudiar también en forma directa problemas importantes, porque estos aparatos tienen la facilidad de aterrizar en las zonas indicadas por los integrantes del grupo, o cerca de ellas.

13 Palabra alemana que significa camino del valle y es una línea que recoge las aguas que caen sobre dos vertientes o costados.

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Para realizar el proyecto geométrico y la reestructuración de una vía terrestre por medio de los recorridos, fotointerpretaciones y restituciones de plantas topográficas y de perfiles es posible obtener datos de: pendientes longitudinales y transversales del terreno; tipo y densidad del drenaje natural; formaciones de rocas y suelos; y presencia de fallas estructurales, plegamientos de la posición de echados, bancos de materiales para construir la obra y zonas pantanosas y de inundación.

Al finalizar esta etapa, la elección de ruta, se contará con la memoria de informes de los diferentes recorridos y estudios con planos restituidos, fotografías y mosaicos fotogramétricos, donde se marcará la ruta aceptada.

FIGURA 2.29 Elección de la Ruta con la ayuda de a ) fotografía aérea y b) el uso del estereoscopio

Asimismo se efectúan los análisis económicos de las diversas alternativas y las justificaciones técnica y económica de la opción que se considero más aceptable. (Ya en planeación se vera de que manera se puede tener una vía eficaz considerando aspectos económico - sociales)

Regularmente los trabajos en caminos vecinales es muy factible que solo se utilicen brigadas terrestres y se empleen en la elección de ruta el nivel de mano y fijo, clisimetro, flexo metro, cinta, estadal y un GPS. Debido a su economía en el reconocimiento y su proceso es muy sencillo.

Anteproyecto

Tanto el anteproyecto como el proyecto definitivo se pueden realizar por el método tradicional de brigadas terrestres de localización o por el método fotogramétrico, de acuerdo con el tipo de topografía, con la nubosidad o la ausencia de ella en la zona, con la accesibilidad y con el programa de trabajo

Con base en los datos de elección de ruta, se traza y nivela una poligonal abierta que coincida lo más posible con la alternativa aceptada. Con los datos de campo se dibuja en gabinete sobre cartulina de buena calidad, con escala 1:2000:200. Es decir, 1:2000 en proyección horizontal y 1:200 en proyección vertical. Se obtiene la topografía de cuando menos 100 m a cada lado de la poligonal y se marca en la cartulina.

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a ) b )


De acuerdo con el tipo de camino, con auxilio de un compás de puntas sobre la topografía se traza una línea que a lo sumo tenga la pendiente gobernadora menos 0.5 %; ésta es una línea quebrada, generalmente de segmentos cortos, denominada "línea a pelo de tierra". La abertura del compás que trazará la línea a pelo de tierra para topografía con curvas de nivel a cada 2 m, escala de 1:2000 y pendiente gobernadora Pg en porcentaje es

Abertura = 1/ (10Pg-5), en metros14

En el caso que se quiera omitir las consideraciones anteriores para la abertura se hace por el método tradicional.

La línea anterior se endereza con tangentes de la longitud necesaria para trazar curvas con grados de curvatura iguales o menores al máximo, de acuerdo con la velocidad de proyecto. Para saber si el enderezado es correcto, se utilizan cerchas o plantillas circulares con diferentes grados de curvatura, dibujadas a escala y recortadas.

A medida que se enderezan las tangentes, se colocan entre ellas las plantillas circulares para que haya la menor cantidad de movimientos de tierra; es decir, hay que apegarse lo más posible a la forma del terreno, lo que se consigue al hacer que las nuevas tangentes y las curvas tengan una tal posición que corten continuamente hacia arriba y hacia abajo la línea a pelo de tierra.

Hasta esta etapa, es necesario que entre curva y curva exista una distancia mínima de 30 m para alojar después en ella, las espirales y la transición del bombeo. Conviene notar que no siempre se obtendrá el proyecto más económico si se usan las normas máximas; por ello, siempre que sea necesario se usarán menores grados de curvatura.

Los elementos de las curvas del proyecto horizontal se calculan con o sin espirales y se dibujan en la cartulina; para esto, se cadenea (abscisado) con marcas cada 20 m hasta el primer PI, para trazar la primera curva horizontal se mide la subtangente: del PI hacia atrás y hacia adelante y se encuentran los puntos de inicio y final de la curva y con el resto de los elementos calculados, se dibujan las espirales de entrada y de salida si las hay además de la circular.

El cadenamiento se extiende por esta primera curva y se llega hasta el segundo PI; después, se repiten todas las operaciones descritas en todo el proyecto.

Se dibuja un perfil de la línea proyectada deduciendo los datos de la topografía, tomando las elevaciones de las estaciones a cada 20 m y los puntos especiales de las curvas; se hace el anteproyecto de la subrasante de la obra colocando tangentes verticales con la combinación adecuada de pendientes, de tal manera que los cortes compensen aproximadamente a los terraplenes; se estudian las secciones críticas con todo cuidado y, si es necesario, se hacen las modificaciones en la posición de la rasante o aun en el alineamiento horizontal15.

Proyecto definitivo

El proyecto definitivo de una vía terrestre consiste en los estudios de campo y de gabinete necesario para producir los planos definitivos, los volúmenes de obra y sus presupuestos. Estos estudios son los siguientes:

1 Implantación de la línea definitiva en el campo.

14 Quiere decir que el valor esta considerado en escala 1:115 Es importante mencionar que el estado de Oaxaca, se caracteriza por tener una orografía accidentada a lo largo de todo su territorio por lo que la mayoría de sus caminos existente y nuevos se desarrollan en terreno montañoso, esto dificulta que los proyectos cumplan totalmente con la normatividad de la S.C.T sobre todo en lo que respecta al alineamiento vertical y horizontal (grados de curvas y pendientes), conscientes de esta situación la S.C.T., ha tomado el criterio de dar la validación a un proyecto que no cumpla totalmente con las normas siempre y cuando se determine que no hay la posibilidad de salvar los obstáculos antes mencionados, para esto es necesario que se integren al proyecto las justificaciones correspondientes

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2 Estudio de movimiento de tierras. 3 Proyecto de drenaje artificial. 4 Proyecto de pavimentos.5 Proyecto de puentes, viaductos, pasos a desnivel en entronques, etcétera.

Debido a la extensión del tema y el alcance de la guía didáctica, aquí solo trataremos los dos primeros estudios en forma generalizada16, como información técnica básica del proyecto geométrico. Implantación de la línea definitiva en el campo: Con apoyo en la poligonal abierta, trazada y

nivelada en la etapa de anteproyecto, se traza la línea definitiva (incluidas tangentes y curvas espirales y circulares) ya estudiada en esa misma etapa, lo cual se puede llevar a cabo por diferentes métodos como el de distancias y deflexiones, y el de coordenadas rectangulares o polares, entre otros. La línea definitiva así trazada se nivela y, de ser necesario, se hacen las correcciones en x o z en los dibujos de anteproyecto, tanto en planta como en perfil. Efectuadas esas correcciones, los dibujos de los proyectos se calcan en planta con los datos necesarios en papel albanene blanco y los dibujos en perfil se hacen en papel milimétrico. Éstos serán los planos definitivos.

Estudio de Movimiento de Tierras: Cuando se ha trazado y nivelado la línea definitiva en el campo, se inicia el estudio de movimiento de terracerías con el proyecto de la subrasante definitiva. Con ello se pretende hacer más económica la obra y que, en general, se parezca a la del anteproyecto. La subrasante se basa en las normas de proyecto relativas a: la combinación posible de las pendientes de las tangentes verticales; el proyecto del drenaje, a fin de que la rasante tenga la posición adecuada para dar cabida a las obras; y las recomendaciones geotécnicas en cuanto a la capacidad de carga del terreno natural, la posición de nivel de aguas freáticas o máximas, las zonas de inundación, la altura mínima de terraplenes, etcétera. Al mismo tiempo que se realiza el proyecto de la subrasante definitiva, se obtienen en el campo las secciones transversales del terreno en cada estación cerrada de 20 m y de los puntos principales de las curvas y se dibujan en el gabinete a escala 1:100.

Con base en los alineamientos horizontal y vertical, las secciones de construcción del camino se proyectan sobre el dibujo de las secciones transversales del terreno, marcando para cada estación la colocación de la subrasante en el centro de línea, que quedará hacia arriba si se trata de terraplén o hacia abajo si es corte. A partir de este punto de la subrasante se proyecta la subcorona con el ancho correspondiente, los bombeos, las sobre elevaciones y las ampliaciones, además de la cuneta y la contra cuneta, los taludes de corte o terraplén, etc.; es decir, todos los elementos que correspondan a la sección. Para cada sección de construcción se miden o se calculan las áreas de corte y terraplén y se registran en el dibujo. En seguida, se calculan los volúmenes de corte y terraplén entre dos secciones consecutivas, multiplicando (por separado lo relativo a corte y terraplén) las semisumas de las áreas por la distancia entre las secciones; los volúmenes de corte se consideran positivos y los de terraplén, negativos. Como los materiales en los cortes no tienen el mismo peso volumétrico que tendrán en los terraplenes, no pueden compararse con validez y por ello los ingenieros en geotécnica calculan un factor de variación volumétrica para los diferentes materiales. Este factor consiste en la relación del peso volumétrico de un mismo material en el corte y en el terraplén. Los volúmenes de corte ya calculados se multiplican por el factor de variación volumétrica, con lo que adquieren características volumétricas semejantes y entonces ya es posible realizar operaciones de suma o resta entre ellos. En seguida, se obtienen las ordenadas de curvamasa que, para cada sección, es la suma algebraica de los volúmenes de corte y terraplén desde un punto, tomando como origen hasta la sección considerada. Para realizar estos cálculos es factible utilizar un formato como el que se muestra a continuación. Este formato con la ayuda de un programa de computo “EXCEL” es muy sencillo.

16 Para investigación de campo véase, Fernando Olivera Bustamante, Estructuración de vías terrestre, Editorial CECSA, 2da Edición, 1996. El cual dedica su trabajo al proyecto de drenaje, el proyecto, la construcción y los materiales para estructurar las obras viales de las vías terrestres, incluidos los pavimentos para carreteras, aeropuertos, etcétera.

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Con los datos de las coordenadas de la curvamasa, ésta se dibuja en el mismo plano del perfil con la rasante definitiva a una escala vertical convencional. Esta curva masa tiene las mismas abscisas del perfil y sus ordenadas son las de la última columna del formato 2.1.

Sobre esta curvamasa se proyectan las compensadoras generales, que son las líneas horizontales que la cortan en varios puntos. Cada parte de la curvamasa que corta una compensadora consecutivamente se compensa, pues los volúmenes de corte o terraplén que quedan entre las figuras que se forman son iguales. También se proyectan las compensadoras auxiliares, que se trazan dentro de algunas figuras formadas por la curvamasa y las compensadoras generales. Figura 2.30.

FORMATO 2.1 Para calcular ordenadas Curva Masa

FIGURA 2.30 Perfil definitivo de un camino mostrando la curva masa y los movimientos de tierra económicos. Así como los datos de elevación del terreno natural y de la subrasante aceptada.

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Después se calculan los acarreos que, para cada figura compensada, corresponden al producto del volumen que se mueve por la distancia entre el centro de gravedad de corte y el terraplén menos 20 m correspondientes al acarreo libre, que se paga en la extracción y no con los acarreos. De acuerdo con la distancia entre centros de gravedad, los acarreos se calculan en m3-estación, hasta distancias de 80 m; en m3-hectómetro hasta distancias de 480 m, o en m3- kilómetro para distancias mayores a esta última. Ya sea que la curvamasa se encuentre arriba o abajo de las compensadoras, los acarreos se ejecutarán hacia adelante o hacia atrás respectivamente. En general, se dice que la posición de las compensadoras es la más económica cuando la suma de los acarreos hacia atrás es igual a la suma de los acarreos hacia adelante. En el Manual de proyecto geométrico de la SCT se presentan las fórmulas para hacer los cálculos exactos y encontrar la posición más económica de las compensadoras. Sin embargo, en la actualidad la mayoría de los estudios de movimiento de tierras para vías terrestres se hace por computadora, y muchos se realizan por medios fotogrametricoelectrónicos.

Como ilustración de lo antes expuesto, se han manejado tres anexos al final del capitulo que desarrollan el proyecto geométrico completo de cuando menos 1 km de longitud. Los anexos solo sirven para dar una idea general de los trabajos realizados en gabinete.

Estos comprenden los alineamientos: horizontal y vertical hasta el calculo de la sección tipo y su movimiento de tierras, cabe mencionar que el anexo cuatro es la presentación definitiva de un proyecto geométrico y el cual esta expedido por la Secretaria de Comunicaciones y Transportes.

Uso de la computadora en el diseño geométrico

Actualmente se dispone de programas de computadora para desarrollar todos los diseños que se estudiaron en los incisos anteriores. La mayor parte de las dependencias de vías han desarrollado programas adecuados para sus sistemas individuales de hardware, que otra dependencia con un sistema que no es compatible no puede usar fácilmente.

La AASHTO publica con regularidad un índice de paquetes disponibles de software. Por ejemplo, la provincia de Manitoba, Canadá ha desarrollado un paquete de software conocido como el Sistema de Diseño de Caminos (Roadway Oesign System). Este paquete puede realizar el proceso completo de diseño desde el trazo preliminar de la vía, hasta el diseño detallado de los alineamientos vertical y geométrico.

Un sistema que se usa en todas las fases del diseño de una vía es el COGO System, que se emplea para la topografía de carreteras y para el diseño geométrico. También se han desarrollado varios programas para emplearse con las microcomputadoras, ofreciendo la oportunidad aun a las pequeñas compañías consultoras de usar métodos asistido por computadora en su trabajo de diseño. Un ejemplo es el Survey 4, desarrollado por Slmpliclty Company y el Civil Cad de la familia de Autodesk.

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VÍA FÉRREA

TERRACERIAS

SUPERESTRUCTURA

RIELESDURMIENTE

S BALASTO PLACASPLANCHUEL

AS TORNILLOSCORTESTERRAPLENE

S

ELEMENTOS QUE INTEGRAN UNA VÍA FÉRREA

2.2.- Transporte Ferroviario

Como sistema el transporte en ferrocarril se considera como un sistema en el que los vehículos son soportados y guiados comúnmente por rieles. La movilidad que presenta es mayor en su velocidad y capacidad que los modos por carretera pero su ubicación esta limitada por la alta inversión en la estructura de las rutas y por la topografía. La eficiencia es generalmente alta, pero los costos laborables pueden reducirla.

Su servicio es aplicable para pasajeros y carga, pero el servicio de carga es más utilizado ya que puede mover grandes volúmenes. Entre los atributos mas sobresalientes son la seguridad, el bajo requerimiento de energía, capacidad para transportar 1000 pasajeros o 10 000 toneladas de carga, área mínima de terreno necesaria para derecho de vía, seguridad de servicio bajo todas las condiciones climatológicas y poca contaminación atmosférica. Los componentes que abarcan este modo de transporte son: la vía, terraplén, puentes, soportes de barreras, alcantarillas, patios, terminales, estaciones, edificios de oficinas, señales y comunicaciones, instalaciones para reabastecimiento de locomotoras, instalaciones para protección ambiental, dispositivos de protección a costado de vía, y talleres para conservación de carros, locomotoras y unidades de trabajo.

2.2.1.- Componentes de un vía férrea

La vía de un ferrocarril se compone de dos partes principales: las terracerías y la superestructura. Las terracerías son el conjunto de obras formadas por cortes y terraplenes para llegar al nivel de subrasante, y la superestructura, o vía propiamente dicho, es la parte que va arriba de la terracería y la forman dos hileras de rieles sujetos a piezas transversales llamadas durmientes, que a su vez descansan sobre un lecho de material pétreo denominado balasto, a lo que hay que agregar los accesorios de la vía tales como placas, planchuelas, tornillos, etc.

El riel: El riel viene designado por el número de kilos de peso por cada metro de longitud (o el número de libras de peso por cada yarda de longitud), de tal modo que cuando se dice; riel de 55 kg de peso, quiere decir que un metro de ese riel pesa 55 kg. El riel está formado por tres partes principales que son: la cabeza u hongo del riel, el alma y el patín. Figura 2.31 El hongo o cabeza del riel se diseña considerando que va a estar en contacto con las ruedas cuyas pestañas tienen que guiar y por lo tanto la altura D del hongo debe ser mayor de la necesaria para la resistencia del mismo ya que debe existir una reserva de metal para proveer el desgaste. Así, pues, en la altura H total del riel hay que distinguir la parte del material correspondiente a la rodadura y la parte necesaria para resistir la acción de las cargas a las que el riel va a ser sometido como viga. La parte correspondiente a desgaste por rodadura es normalmente de 1.5 cm, por lo tanto un riel que haya experimentado un desgaste de esa magnitud debe ser retirado. La relación que existe entre la anchura T del hongo y la altura D del mismo, debe ser tal que el desgaste de la anchura no obligue a quitar el riel antes de que haya que hacerlo por desgaste vertical. La relación T/D debe ser de 1.6 a 1.7 como máximo. El ancho de la cabeza del riel vía de 6 a 7 cm, tendiendo a acercarse al de la superficie de rodadura de la rueda, ya que así se reduce el desgaste vertical y se aumenta la superficie de apoyo de las brida disminuyendo su desgaste y dando origen a juntas menos deformables. Figura 2.31.

H = altura del rielB= ancho de baseF = altura de empalmeT = ancho de cabeza u hongo del rielD = altura de la cabeza u hongo del rielW = espesor del almaA = base al centro de ambos agujeros

CARACTERÍSTICAS DE UN RIEL FIGURA 2.31 Características

principales de un riel


La superficie de rodadura de los rieles no es plana sino cambiada con el fin de reducir el desgaste recíproco entre rueda y riel. Una superficie de rodadura plana produciría rebabas laterales que acabarían finalmente por exfoliarse y desprenderse. El alma de los rieles es la parte que ha sido diseñada no solamente con el fin de absorber los efectos del corte sino también los efectos flectores que se producen por la acción de las cargas transversales. Ello ha conducido al diseño de almas con espesor variable siendo mayor en la base de la misma y también junto al hongo. El patín debe darle al riel su resistencia máxima y una superficie contra las fuerzas transversales que provocan su volteo. Una repartición adecuada de metal debe existir entre el hongo, el alma y el patín de los rieles. Una de dichas reparticiones, que se han considerado como buena, es la de 40%, 22% Y 38%, respectivamente, de material en cabeza, alma y patín.

El balasto: Se llama balasto a cierta clase de material escogido, tal como piedra triturada, grava, escoria, cenizas, etc, que se coloca sobre las terracerías, compactadas para dar apoyo y estabilidad a los durmientes o traviesas. El balasto mantiene a los durmientes alienados y nivelados, permitiendo arrojar el agua fuera de ellos y haciendo posible el alineamiento, nivelación y elevación de la vía o bien la renovación de los durmientes sin tocar el lecho. Cuando se coloca correctamente y tiene suficiente espesor, el balasto proporciona un soporte firme y uniforme a los durmientes y distribuye por igual la presión causada por el peso y empuje de los trenes que transitan por la vía. Se ha empleado y se emplean diversos materiales como balasto, La elección depende de los materiales que se tengan a la mano, así como de su precio. Una lista de materiales empleados como balasto, ordenada de acuerdo con las opiniones de varios técnicos ferrocarrileros respecto a los méritos del material para balasto, se indica en el cuadro 2.1. El espesor necesario de balasto para una vía de primera clase, a fin de que pueda resistir satisfactoriamente las pesadas cargas a que será sometido, es fuerte, y por lo tanto, si se emplea cualquiera de las mejores calidades de material para formar todo el espesor en toda la sección de balasto, resulta caro. Debido a ellos es recomendable usar algunas de las clases de balasto más baratas, tales como grava de mina, arena o cenizas para cubrir la cama de la vía en toda su anchura formando la mitad del espesor total requerido. Hay que tener presente que si se emplea balasto grueso sólo cubre la terracería, si ésta se encuentra húmeda o formada por algún material difícil de drenar, el Iodo o barro tiende a ascender por los vacíos dejados por el balasto grueso. Esto se puede evitar colocando una capa relativamente delgada de subbalasto bien seleccionado sobre las terracerías. Una capa de 25 a 30 cm de espesor de cenizas u otro material similar es un preventivo casi seguro. En la figura 2.33 se muestra una sección recomendable de balasto. Esta tiene una profundidad de balasto superior de 12” esto es unos 30 cms, bajo la parte inferior de los durmientes, y una capa con profundidad de 12” de subbalasto, que proporciona generalmente un buen soporte de vía para carga y trafico pesados (Manual A.R.E.A.)

BALASTOS RECOMENDADOS

PIEDRA TRITURADA

GRANITO DESINTEGRADO

ESCORIA TRITURADA

GRAVA LAVADA

GRAVA DE RÍO

GRAVA DE MINA

CENIZAS

RESIDUOS DE LA TRITURACIÓN

DE PIEDRAS

ARENA

GRAVA CEMENTADA

ESCORIA GRANULADA

CUADRO 2.1 Lista de materiales empleados como balasto en los ferrocarriles

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El material que llena mejor los requisitos de un balasto ideal es la piedra triturada. La piedra caliza, el granito y la lava volcánica son las variedades más empleadas. Los ferrocarriles Nacionales de México especifican como balasto de piedra triturada aquellas que pasa de 100% la malla de 1- ½” y se retiene en la malla de 3/4". Sin embargo las especificaciones recomendadas por la A.R.E.A. para balasto de piedra triturada son:

La piedra para balasto deberá ser triturada en fragmentos angulosos, bastante uniformes que, en cualquier posición, pasen por la malla de 2- 3/4" y se retengan en la de 3/4". El balasto de piedra debe ser triturada en tal forma que todos los tamaños comprendidos entre el límite inferior y el superior estén presentes en cantidades aproximadamente iguales en todo el conjunto. Esta mezcla uniforme de tamaños hace que el balasto sea fácil de calzar y se mantenga firmemente en su lugar. La grava triturada que se prepara para usarse como balasto debe cumplir una de las especificaciones granulométricas indicadas en la tabla 2.10 dependiendo la elegida del porcentaje de partículas trituradas que presente. Se consideran como partículas trituradas a aquellas que tengan una o más caras procedentes de fractura.

PORCENTAJE DE

PARTÍCULAS TRITURADAS

%, EN PESO, PASANDO LA MALLA DE:

1-1/2” 1 ½” #4 #8 #16 #50 #100

0-20 100 80-100 50-85 20-40 15-35 5-25 0-10 0-2

21-40 100 65-100 35-75 10-35 0-35 0-5

41-100 100 60-95 25-50 0-15 0-15

TABLA 2.10 Especificaciones granulométricas

Se entiende por porcentaje de partículas trituradas en la muestra al porcentaje en peso de partículas trituradas contenidas en el material que se retiene en la malla # 14. El balasto preparado debe satisfacer los siguientes requisitos además de los granulométricos.

No debe contener más del 5% de elementos friables y blancos. No debe contener más del 0.5% de terrones de arcilla. El desgaste de Los Ángeles no debe ser mayor del 40%.

FIGURA 2.32. Sección transversal típica de la base, balasto y subalasto de una vía recta simple

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La piedra triturada constituye uno de los materiales para balasto más limpios. Cuando la vía está balastada correctamente presenta un aspecto sumamente atractivo. Con el tiempo el equipo rodante pulveriza el balasto, aún en las vías mejor conservadas. El polvo no es un factor de mucha importancia cuando las cargas axiales son ligeras, las velocidades bajas y los carros cortos. Por lo general, los carros de carga modernos solamente se cargan dentro de los límites de seguridad correspondientes a sus ejes. Cuando un tren largo compuesto de estos carros, recorre la vía a grandes velocidades pasando sobre balasto viejo y pulverizado, el polvo que se levanta del balasto puede ocasionar calentamiento de las chumaceras de las locomotoras o carros a menos que las cajas de los vagones se encuentren diseñadas y conservadas a prueba de polvo. Por otro lado, el polvo causa muchas molestias en los trenes de pasajeros, a menos que los vagones se encuentren equipados con clima artificial. El espesor de la capa de balasto debe ser tal que proporcione firme asiento a los durmientes y que distribuya las presiones uniformemente a las terracerías. El espesor debe ser tanto mayor cuanto más intenso sea el tránsito en la vía y mayores las cargas y las velocidades de los trenes. La relación entre el ancho b del durmiente y la amplitud B de la superficie sobre la cual se reparten las presiones, varía en función del espesor h de la capa de balasto. Si se presupone, como generalmente se hace, que la distribución de presiones es a 45°, se tiene que B=b+2h como se indica en la figura 2.33. La mayor parte de las redes europeas emplean de 40 a 60 cm de espesor total de balasto, las nacionales alrededor de 50 cm.

FIGURA 2.33 Esquema de distribución de presiones.

Los durmientes: Se llaman durmientes o traviesas a las piezas que se colocan transversalmente sobre el balasto para proporcionar a los rieles de la vía un soporte adecuado. Los durmientes no sólo soportan los rieles de la vía, sino que además proporcionan un medio para que los rieles se conserven con seguridad a la distancia correcta del escantillón. La mayor parte de los durmientes que se emplean en los ferrocarriles son de madera. Se han realizado muchos experimentos tratando de encontrar un sustituto satisfactorio de los durmientes de madera, y así se han construido durmientes de metal y de concreto, de concreto con piezas de metal o de madera insertadas, habiéndolos probado con distinto éxito. Algunos de estos durmientes son deseables y económicos cuando se trata de servicios especiales, por ejemplo, para usarse en las vías donde se limpian los ceniceros de las locomotoras. Sin embargo, es dudoso que cualquier sustituto pueda competir ventajosamente con los durmientes de madera impregnada, tratándose del uso general. Hasta hace algunos años, se hicieron estudios muy cuidadosos acerca de todos los factores que afectan la vida de los durmientes. Los tres principales resultados de estos estudios han sido: el desarrollo del conocimiento científico acerca de la pudrición de la madera, el desarrollo de procesos definidos para tratar químicamente los durmientes con la finalidad de evitar su pudrición y alargar la vida, y el desarrollo de placas para durmientes y otros medios de sujeción correctamente diseñados para usarse entre la base del riel y el durmiente con miras a retardar el desgaste mecánico del durmiente debido al riel. Las diferentes variedades de madera pueden agruparse en dos clases generales, a saber, maderas suaves y maderas duras. Con pocas excepciones, las maderas blandas se obtienen de árboles que tienen hojas en forma de agujas como el pino y el abeto: en cambio las maderas duras provienen de árboles que tienen hojas ordinarias como el encina y el castaño. Las maderas suaves son de poco peso y de fibras rectas, se rajan fácilmente y a menudo contienen bastante resina. Las maderas duras son más pesadas más fuertes y resistentes,

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pero tienen la tendencia a torcerse y a formar grietas al sazonarse. En México las dimensiones reglamentarias son siete pulgadas de grueso, ocho pulgadas de ancho y ocho pies de largo o sea de 0.18 x 0.21 x 2.44 metros. El esparcimiento de los durmientes en la vía varía de acuerdo con su tamaño y la intensidad de tránsito. Para permitir un callamiento correcto con herramientas de mano, se requiere un espacio libre de 25 cm entre los durmientes adyacentes. En vías troncales algunos ferrocarriles emplean este espaciamiento mínimo de 25 cm entre durmientes. Aún en ramales poco importantes, la práctica usual es el limitar al espacio entre durmientes a 45 cm.

Placas para durmientes: La experiencia ha demostrado que las dos causas fundamentales de fallas en los durmientes se deben a su pudrición y a su desgaste mecánico. Para el primero se puede emplear un tratamiento preservativo, antiguamente la vida de un durmiente de encino blanco se estimaba en 8 años. Hoy casi cualquier durmiente tratado se supone dura 15 a 20 años. Ahora bien, contra el desgaste mecánico de los durmientes también se ha progresado mucho mediante el empleo de placas de asiento metálicas. Una placa de asiento bien diseñada y bien colocada en el durmiente evitará el desgaste debido a la acción del riel. Las placas de diseño moderno se hacen de espesores comprendidos entre un mínimo de 1/2” y un máximo de 15/16”, de acuerdo con el peso del riel y el volumen de tránsito a soportar. La anchura en promedio es de 7.5” y la longitud de 10 a 14". Las placas de durmientes pueden dividirse en dos tipos:

Placas que se sujetan rígidamente a los durmientes y Placas que quedan sueltas sobre los durmientes

Probablemente apenas un 20% de las placas para durmientes usadas en la actualidad se sujetan firmemente al durmiente. El resto queda completamente dentro de la segunda clasificación y quedan en la segunda clasificación porque el movimiento vibratorio longitudinal originado en el riel por el equipo rodante siempre afloja los clavos rígidos que hayan sido puestos en tal forma que su cabeza quede en contacto con el patín del riel. Este juego da origen a una acción de esmerilado y abrasión entre la base de la placa y el durmiente que la soporta. Es esta acción la que da por resultado final que la placa se hunda y se origine la destrucción mecánica del durmiente. Las placas para durmientes que se sujeten firmemente no pueden esmerilar ni correrse sobre el durmiente. Generalmente se emplean dos métodos para sujetar las placas a los durmientes.

El primer método emplea clavos completamente independientes del riel. El segundo método usa clavos que sujetan la placa, pero el gancho de su cabeza queda librando el patín del riel en

1/16 ". Las placas pueden ser con 4,6 u 8 agujeros. Estos pueden ser cuadrados o circulares . La representación de los elementos de una vía se muestran en la figura 2.34.

Vehículos para el transporte por rieles

Con excepción de los carros de transporte rápido utilizados en el ambiente urbano, estos carros están equipados predominantemente con ruedas de acero, debido a su baja resistencia a la rodadura y a que cada rueda puede soportar una gran cantidad de peso. Unos cuantos sistemas de tránsito rápido utilizan vehículos con llantas de hule que corren autoguiados sobre vigas o "rieles" de concreto.

Las desventajas de tales vehículos son la mayor resistencia al rodamiento, mayor costo de operación e inferior capacidad para soportar peso. Otra desventaja del sistema con llantas de hule se da en la operación en cambia vías. En un sistema las llantas de hule están separadas lo suficiente para permitir una estructura regular de la vía, agujas de cambio y sapo, que deberán colocarse en la ubicación del cambiavía.

El vehículo tiene dos ruedas de acero y un eje en cada extremo. Conforme el vehículo se aproxima al cambiavía, los rieles de concreto se adelgazan hacia abajo, de manera que el vehículo quede sobre las ruedas de acero a lo largo del

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cambiavía; después, los rieles de concreto se engruesan hacia arriba para soportar de nuevo al vehículo. Los vehículos deben operarse a baja velocidad en los cambiavías de este tipo de sistemas con llantas de hule.

FIGURA 2.34 Partes que integran una vía de riel doble para ferrocarril

Los sistemas de transporte rápido se diseñan para un fin específico y se usa el tipo de vehículo que mejor sirva para ese fin. La mayor parte de las veces estos sistemas son usados para transportar pasajeros en aeropuertos o centros recreativos. Figura 2.35.

Se prefieren las ruedas de hule, en parte porque proporcionan tracción en pendientes de incluso 10%. Si el carril está expuesto a nieve o hielo, la superficie de rodadura para llantas debe calentarse cuando hace tiempo frío.

El soporte por levitación magnética, y un sistema de colchón de aire se encuentra en operación en la Universidad Duke. El número de pasajeros sentados por vehículo varía entre 4 y 20. Los vehículos son operados principalmente como unidades individuales, pero algunos operan en convoyes de 5 a 8 carros.

FIGURA 2.35 Vehiculo del transito rápido AIRTRANS en servicio en el aeropuerto Dallas-Fort Worth, Texas

Métodos de tracción

Los trenes que se mueven sobre rieles para carga y pasajeros entre ciudades son remolcados por locomotoras diesel-eléctricas. Donde hay seguridad de suficiente densidad de tránsito, se usan locomotoras eléctricas con catenaria elevada

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o un tercer riel. La mayor parte de los sistemas de viajes frecuentes están accionados por locomotoras diesel-eléctricas con controles de inversión de dirección en algunos de los carros, de manera que no se tenga que dar vuelta a los trenes en cada Terminal de la ruta.

Diversos sistemas de viajes frecuentes están electrificados, y cada carro tiene su propio motor, de modo que no se necesita una locomotora aparte. Todos los sistemas de tránsito rápido utilizados en el ambiente urbano son eléctricos y cada carro tiene un motor impulsor en cada eje para proporcionar suficiente adherencia durante las rápidas aceleraciones y desaceleraciones requeridas.

La fuerza motriz para un sistema de transporte ferroviario puede ser diesel-eléctrica, eléctrica, turbina de gas eléctrica, turbina de gas hidráulica, propulsión a chorro, motor de inducción o neumática. Los costos y características de cada sistema deben tenerse en cuenta al seleccionar el tipo de propulsión para cada tipo de transporte dado. Existe mucha experiencia con motores diesel-eléctricos, y cierta experiencia con motor eléctrico de turbina de gas y con el hidráulico con turbina de gas. Esta experiencia muestra que es difícil competir con el motor diesel- eléctrico o con el eléctrico. Hasta hoy, la eficiencia del motor turbo-eléctrico o turbo-hidráulico no ha llegado a igualar la de los otros dos.

Para velocidades superiores a 100 mph esto es unos 160 km/hr, la propulsión con motor eléctrico tiene ventaja sobre el diesel-eléctrico, debido a que el motor eléctrico no tiene que jalar el peso de la planta generadora y porque, en periodos cortos, puede consumir una gran cantidad de energía de la catenaria, en tanto que el diesel-eléctrico tiene una potencia máxima fija. Sin embargo, para velocidades de alrededor de 240 km/hr (150 mph), la adherencia de la rueda al riel y la catenaria se vuelven problemáticas. Se ha logrado una velocidad de 320 km/hr (200 mph) en corridas de prueba con un vehículo propulsado por motor eléctrico y soportado por ruedas de acero sobre vía normal. Sin embargo, para lograr velocidades de 320 a 480 km/hr (200 a 300 mph) en forma regular, los vehículos pueden tener necesidad de ser impulsados por un motor lineal de inducción o turbochorro.

El último, sin embargo, no es conveniente por el nivel de ruido, y el primero tiene dificultad para mantener el reactor de vía en alineación y superficie precisa para tan altas velocidades, así como mantenerlo libre de partículas agitadas por el viento, arena, nieve y hielo. A tan altas velocidades, es considerable la potencia necesaria para superar la resistencia del aire.

Locomotoras Diesel-Eléctricas y Eléctricas: Esta fuerza motriz es debida, principalmente, a la gran fuerza de tracción de baja velocidad que tienen las locomotoras diesel-eléctricas, y, además, a la economía en el funcionamiento de las mismas. La potencia norma de la maquina viene dada por la clasificación del fabricante. Las locomotoras diesel-eléctricas tienen tres partes principales:

El motor diesel, El generador y Los motores de tracción.

El motor diesel es el que produce la energía, la cual es transformada por el generador (conectado directamente al motor diesel) en energía eléctrica, la cual es transmitida a los motores de tracción para así accionar las ruedas motrices a través de un tren de engranajes. El generador está proyectado para que pueda producir, simultáneamente, tanto corriente continua para los motores de tracción, como corriente alterna para iluminación, compresor de aire, motores eléctricos, etcétera. En cuanto a las locomotoras eléctricas se puede decir que, así como en las locomotoras de vapor queda su capacidad limitada por la capacidad de la caldera, asimismo la capacidad de las locomotoras eléctricas queda limitada por la capacidad de la línea de transmisión que a pesar de ser una fuente exterior casi ilimitada, presenta la gran desventaja de la necesidad de construir líneas de transmisión e instalar generadores de potencia lo que eleva el costo de las mismas. Estas locomotoras son muy útiles en las

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zonas montañosas ya que pueden ejercer la fuerza total de tracción a velocidades más elevadas que las locomotoras diesel-eléctricas.

Clasificación de las locomotoras Diesel-Eléctricas y Eléctricas: Se construye en la actualidad una gran cantidad de locomotoras diesel-eléctricas. En el sistema eléctrico se hace referencia a los ejes en vez de a las ruedas, empleando números para indicar los ejes locos, y letras para designar las ruedas motrices. Así, la 1A -C -A1 representa una locomotora eléctrica con tres carretillas, de las cuales la primera contiene un eje motriz y otro loco; la segunda está compuesta de tres ejes motrices y la carretilla trasera tiene un eje motriz y otro loco.

Terminales de ferrocarril

Las terminales de los ferrocarriles se clasifican de la siguiente manera:

De pasajeros: Puede ser de cabecera y de pasadaDe carga: de gravedad y a nivelDe maquinas

Las terminales de pasajeros comprenden todas las instalaciones necesarias para el manejo de pasajeros, equipaje, correo y paquetería y para efectuar el servicio, la reparación y el almacenaje de carros y locomotoras. Las instalaciones incluyen espacio para el estacionamiento de automóviles; áreas de acceso, espera, carga y salida de taxis; venta de boletos; salas de espera y de reposo; puestos de periódicos y concesiones; cafetería, restaurante, bar y fuente de sodas; casetas de teléfono y telégrafo; carretillas de equipaje; casilleros o gavetas de seguridad; sala de documentación; medios para el manejo de correo, paquetería y equipaje; acceso a los trenes y escaleras, escaleras eléctricas y elevadores para los trenes. Y se dice que una Terminal es de cabecera cuando su cuerpo principal es normal a las vías de acceso y a los andenes tal como se puede ver en la figura 2.36.a. En lo contrario una Terminal es de pasada cuando su cuerpo principal es paralelo a las vías y a los andenes, tal como de muestra en la figura 2.36.b.

FIGURA 2.36 Terminal de pasajeros a) de cabecera y b) de pasada

Para las terminales de carga, en la mayor parte de los casos se necesita una o más instalaciones de patio. Éstas deben contar con un patio de recepción, un patio de clasificación, vías de almacenaje, reparación, casa de máquinas y patio de salida. Los ferrocarriles que presten servicio de carga deben contar, además de las vías normales de patio, con vías de paso para trenes que requieran mínimo manejo o no requieran ser clasificados. Así mismo estas terminales son de gravedad y a nivel, refiriéndonos a las primeras, son terminales de gravedad o de joroba como también se les llama, cuando aprovechan la fuerza de la gravedad para el movimiento de los carros como se puede ver en la figura 2.37. Y son terminales a nivel cuando no se aprovecha la fuerza de la gravedad para el movimiento de los carros. La estación de cabecera tiene la gran ventaja de que no hay que cruzar ninguna vía, pero tiene el inconveniente de que se forma un cuello de botella, de tal manera que, mientras un tren entra, no puede salir ninguno otro, y si algún accidente se provoca en el cuello de botella se paraliza el movimiento de los trenes de pasajeros. La estación de pasada tiene la ventaja de que no se forma el cuello de botella, pero tiene el grave inconveniente de que hay que cruzar las vías, cosa que sólo puede evitarse con túneles o pasos a desnivel. Veamos cómo funciona una Terminal de carga denominada de

a) ESTACION DE PASAJEROS b) ESTACION DE PASADA

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gravedad o de joroba. La figura 2.3 muestra este procedimiento, supóngase que viene un tren del Sur y que no va a detenerse en la estación, entonces se sigue por la vía troncal sin detenerse. Por el contrario, si el tren sí va a entrar a la Terminal, llega primero al patio de recibo, en donde debe haber vías suficientes para recibir los trenes que van llegando.

FIGURA 2.37 Funcionamiento y esquema de una Terminal de carga, de gravedad o de joroba

El tren deja los carros para los diferentes destinos, por lo que hay que clasificarlos. Después de la primera clasificación viene una segunda clasificación o reclasificación que es donde entra la característica principal de los patios o sea la báscula la cual está situada en el cuello de botella y en el punto más alto de la vía. La locomotora deja los carros y se va. El carro se desliza por gravedad bajo el control de un operador que lo maneja por procedimientos electro neumáticos abriendo y cerrando los cambios y retardadores. Los electro neumáticos abriendo y cerrando los cambios y retardadores. Los trenes se van formando y quedan listos en ambos sentidos. El retardador es un mecanismo que oprime la ceja de la rueda.

En cuanto a la Terminal de máquinas, hay muchas variedades. Una es la que se muestra en la figura 2.38. En estas terminales de máquinas hay dos sistemas generales para alojar locomotoras o carros. Ellos son: la mesa giratoria que consiste en una viga apoyada en el centro de tal manera que puede girar alrededor del mismo para así poder acomodar las máquinas orientándolas hacia las celdas de la casa redonda; y la mesa de traslación que es otro dispositivo que consiste en una viga que se desliza paralelamente a sí misma. En la mesa redonda se hacen reparaciones ligeras y en la mesa de traslación las mayores.

El tren deja los carros para los diferentes destinos, por lo que hay que clasificarlos. Después de la primera clasificación viene una segunda clasificación o reclasificación que es donde entra la característica principal de los patios o sea la báscula la cual está situada en el cuello de botella y en el punto más alto de la vía. La locomotora deja los carros y se va. El carro se desliza por gravedad bajo el control de un operador que lo maneja por procedimientos electro neumáticos abriendo y cerrando los cambios y retardadores. Los electro neumáticos abriendo y cerrando los cambios y retardadores. Los trenes se van formando y quedan listos en ambos sentidos. El retardador es un mecanismo que oprime la ceja de la rueda.

En cuanto a la Terminal de máquinas, hay muchas variedades. Una es la que se muestra en la figura 2.38. En estas terminales de máquinas hay dos sistemas generales para alojar locomotoras o carros. Ellos son: la mesa giratoria que consiste en una viga apoyada en el centro de tal manera que puede girar alrededor del mismo para así poder acomodar las máquinas orientándolas hacia las celdas de la casa redonda; y la mesa de traslación que es otro dispositivo que consiste en una viga que se desliza paralelamente a sí misma. En la mesa redonda se hacen reparaciones ligeras y en la mesa de traslación las mayores.

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FIGURA 2.38 Terminal de maquinas

Derecho de vía

Para líneas interurbanas de pasajeros y de carga, el derecho de vía necesario debe ser el determinado para acomodar el número de vías y el talud para los cortes, rellenos y bancos de préstamo. A menos que la línea se localice en una zona densamente poblada o el costo del terreno sea muy alto, se debe procurar un derecho de vía mínimo de 15 metros esto es aprox. 50 pies de ancho a cada lado de la vía. También se deberá reservar espacios para alguna estación o patio que se requiera.

La ubicación de patios para recibir, clasificar y de salida está sujeta principalmente a las condiciones de operación. Alguna vez los patios estuvieron colocados entre divisiones con diferentes pendientes dominantes. Con la energía diesel y para evitar demoras debidas a maniobras de patio, es preferible manejar el mismo tren desde su origen hasta su destino, agregando o quitando unidades diesel en los puntos intermedios si las condiciones lo justifican.

Los sistemas de tránsito rápido bajo la superficie, a nivel o en estructuras elevadas son ventajosos en regiones densamente pobladas. Los costos de construcción, efectos de su construcción en negocios y viajes, así como los costos de conservación a largo plazo y los efectos del sistema de transporte en negocios y viajes deben ser considerados para determinar el mejor derecho de vía para el sistema seleccionado.

2.2.2.- Proyecto de una Vía Férrea.

La mayor parte del proyecto geométrico y el movimiento de tierras que se menciono en los incisos anteriores relativos a las carreteras, son también aplicables al estudio de los ferrocarriles, con algunas ligeras modificaciones que se Irán indicando a su debido tiempo.

Una vía generalmente, o es una prolongación de otra ya existente o nace en un determinado lugar en el cual no existe vía. En cualquier caso, lo primero que hay que hacer es el preparar un patio amplio para los materiales, ya que todos ellos son bastante pesados y voluminosos, y por lo tanto, requieren gran espacio para ser acumulados. Téngase presente que un kilómetro de vía requiere, por ejemplo, 2000 durmientes, dos kilómetros de rieles, más todos los accesorios necesarios, y recuérdese que no se va a hacer nada más un kilómetro de vía, sino muchos kilómetros.

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Es necesario tener presente que los materiales más pesados sean los acumulados en forma tal que se pueden manejar fácilmente. Los rieles deben quedar lo más cerca posible del lugar donde van a ser cargados para ser llevados a su lugar definitivo. También es necesario pensar que el equipo con que se cuente influye en el manejo de los materiales.

Supóngase que se quiere prolongar una vía ya existente. El método más usual consiste en formar lo que se llama un tren de trabajo, es decir, un tren dedicado a las operaciones del tendido de la vía. La composición de este tren es de una locomotora y tres plataformas donde van los materiales. En la primera plataforma, de atrás hacia adelante, van los rieles, luego los durmientes y después los accesorios.

Los rieles se tienden cuatrapeados, es decir, que el extremo de un riel no coincide con el extremo del riel del otro lado, sino que queda en el centro. Lo primero que se hace es descargar los rieles, operación que se hace con barras en caso de que no haya grúas para ello. Empleando las llamadas barras de línea se hace el movimiento simultáneamente para aventar el riel y dejarlo tendido paralelamente a la plataforma. Inmediatamente dos obreros, con tenazas, los llevan a su posición donde ya otros obreros han acarreado, de la otra plataforma, los durmientes necesarios para dichos rieles y los han colocado en el lugar que les corresponde. Para alinear la vía se colocan los martillos en el centro de las estacas del eje de la vía y se marca la mitad del escantillón. Puesto el otro riel se indica al maquinista que avance medio riel y se continúa el tendido. Normalmente, sin emplear grúa, se tienden dos kilómetros diarios.

Para dar las curvas a los rieles hay dos tipos diferentes de gatos hidráulicos, los llamados gatos para curvar y los gatos para desvencer. Los primeros sirven para hacer la curvatura vertical. Este trabajo se hace en el campo.Cuando se trata de mejorar una vía férrea es necesario proceder correctamente y cubrir todos sus aspectos. Se proyecta el trazo de la vía, estudiando las pendientes y la curvatura y se especifican las características más satisfactorias en los sitios, donde se encuentren deficiencias. Se estudia, igualmente, el sistema de drenaje; se amplía o se reconstruye el existente o se dota de drenaje nuevo en caso de ser ello necesario.

Selección de ruta

Como quedo establecido en el inciso anterior las vías generalmente, o es una prolongación de otra ya existente o nace en un determinado lugar en el cual no existe vía. La única consideración en la selección de rutas es obtener el objetivo deseado al más bajo costo con perjuicios ambientales mínimos. Puesto que la pendiente y las estructuras de los puentes son probablemente los únicos conceptos que pueden variarse, deben utilizarse los mapas geológicos y topográficos que tiene el gobierno (en el caso de México el Instituto Nacional de Estadística, Geografía e informática INEGI) en la medida que resulten suficientes. Si está de por medio una considerable cantidad de vía, probablemente convendrá disponer de mapas aéreos del contorno (fotogrametría), primero a gran escala para delinear una o más rutas posibles y luego a escala menor a lo largo de cada ruta para ahorrar las cantidades de pendientes estimadas.

Alineación Horizontal y vertical

La pendiente máxima y el mayor grado de curvatura deben establecerse antes de escoger un emplazamiento. La pendiente se expresa como la razón entre la elevación y la distancia en porcentaje. El grado de curvatura es el ángulo central, en grados, subtendido por una cuerda de 20 m como se indico.

Es importante que tanto la pendiente como el grado de curvatura se mantengan al mínimo; pero casi siempre una pendiente y un grado de curvatura menor significa un costo de construcción mayor y a veces más tiempo. Deben hacerse

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estudios de diversas rutas que tengas diferentes pendientes y grados de curvatura, tomando en cuenta las cargas anuales que han de llevarse en el costo de construcción y los costos estimados previstos para la operación del tren.

A partir de estos estudios, pueden seleccionarse la pendiente y la curvatura para obtener los costos mínimos. Debe calcularse el tiempo de recorrido para tomar dicha decisión. El porcentaje de las pendientes que oscilan en la práctica mexicana son de 2 a 3 %.

El ancho de vía debe decidirse anticipadamente. El ancho normal de vía en México (y muchos otros países) es de 1.43 m, medido entre las caras internas de las cabezas de los dos rieles de la vía a una distancia de 1.59 cms bajo la superficie de rodadura de los rieles. Debe usarse este ancho si el equipo va a intercambiarse con otros ferrocarriles que tengan ancho normal de vía.

Las locomotoras, carros, y el equipo del trabajo mecanizado están fabricados para este ancho. Se debe seleccionar también una sección transversal del lecho de vía. Se recomienda, para la corona de la vía, un ancho mínimo de 6.70 metros aunque en México sea de 6.60 metros, para la parte superior de la subrasante con subbalasto, balasto y vía colocados en la parte superior.

Para desvíos o vías múltiples se recomienda una distancia mínima de 4.27 metros entre ejes de vías. En los rellenos, los taludes deben ser, por lo menos, de 1 a 1.5 en tierra, de 1 a 0.5 en roca suelta y de 1 a 0.25 en roca sólida.

Cuando se utilizan técnicas de topografía aérea con puntos de control físicamente localizados a lo largo de la ruta seleccionada, se puede alcanzar un diseño preliminar y final con un mínimo de trabajo de topografía. Con programas de cómputo desarrollados para diseño de ferrocarriles, los ingenieros pueden trazar planos y determinar las cantidades de movimiento de tierras.

El enlace de puntos de control al sistema local coordenado también permite el desarrollo de información de derecho de vía, pero los lugares de bosques densos y de matorrales a lo largo de la ruta pueden ocasionar algunos errores en elevaciones del terreno, así como ocultar a los accidentes del lugar que pueden ser críticos, para el logro de un proyecto satisfactorio. En consecuencia, es aconsejable una inspección ocular del lugar antes de seleccionar la alineación final.

Antes que se inicie la construcción, debe hacerse un levantamiento final para localizar físicamente los puntos de control y alineación y estaquillar el proyecto, para dar una adecuada información para el desarrollo de la obra.

Curvas espirales de transición: En el proyecto de un ferrocarril, más que en el de un camino, es necesario que el recorrido del equipo rodante, al pasar de una recta a una curva, sea efectuado por medio de una curva progresiva o de transición. Con curvas de transición proyectadas adecuadamente se proporciona al equipo en movimiento una trayectoria que puede seguir con facilidad y sin desgastar, excesivamente, las pestañas de las ruedas de los trenes. Puesto que la aceleración en el movimiento circular vale

V2/Ry es inversamente proporcional al radio de curvatura para una velocidad determinada, resulta que la transición ha de tener un radio de curvatura inversamente proporcional a su desarrollo desde el punto de partida. También ya es sabido que la curva que responde exactamente a esta premisa es la espiral. Aquí se estudiará el caso más sencillo y recomendable que es la curva de transición formada por arcos de curvas simples. A continuación se presentan diferentes aspectos del análisis de una curva simple con espirales simétricas. Figura 2.39.

CURVA SIMPLE CON ESPIRALES SIMETRICAS ELEMENTOS

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FIGURA 2.39 Curvas simples con espirales simétricas

La serie de arcos que constituyen la espiral con sus respectivos radios forma una especie de abanico como se puede observar en la figura 2.39.A cada punto de la curva compuesta se le llama c.c. con su número de orden como subíndice (1o., 2o., 3o., etc.).Esencialmente se tiene una curva formada por una sucesión de arcos iguales en los cuales el radio es decreciente.El grado de la curva va aumentando según la ley que puede escoger, como por ejemplo que los arcos vayan aumentando de grado en grado. La parte central correspondiente a la curva principal es la de radio más corto y grado mayor. Ya entrando en la curva principal, ésta puede tener la longitud que se necesite.

Como resultado de lo anterior las formulas que se emplean en el estudio de la curva de transición son:

Considere que se tienen dos tangentes como se muestra en la figura 2.40. La cual se ligara con una curva circular compuesta con espirales de entrada y de salida, simétricas, con los siguientes datos: G = 6º con espirales cuya ley de variación sea de 1º cada 10 metros, = 72º 18’ y con un PI en el km 82 + 218.24.

; ; ; ; ;

; ;

= 72º 18'PI = km 82 + 218.24

PC PT

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FIGURA 2.40 Esquema de la curva de transición para ferrocarriles

Para resolver este problema se hará uso de la tabla reglamentarias 2.12 de los FeNaMe, correspondiente a esa variación. De ella obtenemos los valores de D, T, R, d y estos junto con los datos iniciales se registran como se muestra en la tabla 2.11.

TABLA 2.11 Registro de datos para el calculo de las transiciones y curva horizontal simple

DATOS DE LA CURVA FUNCIONES DE LAS ESPIRALES

PI G D T R d = D - R

72º 18’ 82 + 218.24 6 191.836 24.972 191.073 0.763 7º 30’

2º 00' 573.009 2.7581614 5.000 0º 30' 0.022 10.000 10.000 0.044

Gc SIMPLE

- D -LOGARITMO DE

- D -ESPIRAL C/ EXT.

DE LA C.Sd=D-R

DE LA C.SCUER. P.C ESP.

Y C.C C.S ABS=X ABS=Y

COORD. C/ ESPIRAL- T -

1º 30' 0.084 20.000 19.998 0.2183º 00' 382.001 2.5821781 9.999

5º 00' 229.692 2.3611459 19.998 5º 00' 0.436 39.990 39.966 1.308

3º 00' 0.218 29.998 29.991 0.6114º 00' 286.755 2.4575110 14.996

7º 00' 165.024 2.2175471 29.941

14º 00' 1.827 69.934 69.556 6.083

10º 30' 1.220 59.923 59.784 3.961

6º 00' 191.836 2.2829301 24.972

9º 00' 130.060 2.1141437 39.783

22º 30 ' 5.573 89.428 88.551 12.301

18º 00' 2.605 79.679 79.169 8.840

8º 00' 145.183 2.1619158 34.875

7º 30' 0.763 49.969 49.907 2.307

10º 00' 118.310 2.0730215 44.643

P.C.1º00'

P.C. 1º 00'

TRANSITO- EN -

0º 15 ' 0º 37 12' 1º 09 34' 1º 52 12' 2º 45 ' 3º 47 12' 5º 00 ' 6º 22 14' 7º 54 12'

C.C.2º00'

C.C.3º00'

C.C.4º00'

C.C.5º00'

C.C.6º00'

C.C.7º00'

C.C.8º00'

C.C.9º00'

C.C.10º00'

8º 22 14'6º 45 '5º 17 12'4º 00 '2º 52 12'1º 54 14'1º 70 12'0º 30 '

0º 52 12'

C.C. 2º 00'

8º 30 '6º 47 12'5º 15 '3º 52 12'2º 39 34'1º 37 12'0º 45 '0º 30 '

1º 50 14' 8º 17 12'6º 30 '4º 52 12'3º 24 34'2º 07 12'1º 00 '0º 45 '1º 22 12'

3º 07 12' 7º 45 '5º 52 12'4º 09 34'2º 37 12'1º 15 '1º00 '5º 52 12'2º 35 14'

4º 45 ' 6º 52 12'4º 54 34'3º 07 12'1º 30 '1º 15 '2º 22 12'3º 20 14'4º 07 12'

6º 42 12' 5º 39 34'3º 37 12'1º 45 '1º 30 '2º 52 12'4º 05 14'5º 07 12'6º 00 '

9º 00 ' 4º 07 12'2º 00 '1º 45 '3º 22 12'4º 50 14'6º 07 12'7º 15 '8º 12 12'

11º 37 34' 2º 15 '2º 00 '3º 52 12'5º 35 34'7º 07 12'8º 30 '9º 42 12'10º 45 '

14º 35 12' 2º 15 '4º 22 12'6º 20 14'8º 07 12'9º 45 '11º 12 12'12º 30 '13º 37 34'P.C. 10º 00'

C.C. 3º 00'

C.C. 4º 00'

C.C. 5º 00'

C.C. 6º 00'

C.C. 7º 00'

C.C. 8º 00'

C.C. 9º 00'

0º 15 '

10º 00' 114.737 2.0597035

8º 00' 143.356 2.1564159

9º 00' 127.455 2.1053569

6º 00' 191.073 2.2811993

7º 00' 163.804 2.2143245

4º 00' 286.537 2.4571807

5º 00' 229.256 2.3603207

3º 00' 382.016 2.5820815

2º 00' 572.987 2.7581448

LOGARITMO GRADO= C

1º 00' 1145.930 3.0591581

RADIO= R

RAD

IO P

AR

A C

UER

DAS D

E 2

0 M

ETR

OS

FU

NCIO

NES D

E L

AS E

SPIR

ALE

S

DEFLE

XIO

NES D

E L

AS E

SPIR

ALE

S

LONGITUD DE LA ESIRALL = 40 / G

108


TABLA 2.12 Tabla de funciones y deflexiones de curvas espirales variación 1º 0’ cada 10 metros

El primer paso es calcular la T.S.T., o sea la distancia total desde el P.C. hasta el P.I. De las fórmulas anteriores ya se sabe que la T.S.T. = D tan 2 + T. Con esta expresión sustituimos sus valores correspondientes, tabla 2.13, columna 1. La longitud de la curva valdrá 50 m, longitud que concuerda con la ley de variación propuesta: 10 m para la curva de grado 1; otros 10 m para la curva de grado 2 y así sucesivamente hasta cumplir 50 m para la curva de grado 5, columna 2. Con los valores correspondientes de la tabla 2.11 calculamos P.C., columna 3. En los extremos como los puntos son obligados, no se completa la estación de 20 m, sino que se va llevando la fracción, o sea que para tener el primer punto visado le agregamos 10 m al kilometraje del P.C. Se va a la tabla 2.16 y donde dice Deflexiones de las Espirales, con tránsito en P.C. 1º 0’(primer renglón) recuérdese que a partir del PC, comienza la curva en espiral con grado 1, el c.c. no aparece porque estando en el punto no puede visarse el mismo punto. La primera deflexión corresponde al punto donde comienza la curva de 2º o sea de 0º 15'. Esto puede comprobarse recordando que la deflexión correspondiente a una cuerda de 20 m es igual a la mitad del grado de la curva. Ahora, si la cuerda en vez de ser de 20 m es de 10 m, como en nuestro caso, la deflexión será la mitad de la anterior, es decir 1/4 del grado de la curva. Como el grado de la primera curva es de un 1º, la primera deflexión correspondiente al c.c.2 será 1º/4 = 0º15’. Volviendo a la tabla se sigue leyendo el primer renglón y se registran hasta 50 metros ya que la curva de transición tiene esa longitud, columnas 4,5,6,7,8,9

CALCULOS PARA TRAZO DE ESPIRAL DE ENTRADADEFLEXIONES DE LA ESPIRAL DE ENTRADA POR

1º 0’ CADA 10 METROS

T.S.T.= D *(Tang /2)+T 1

L = 40 /G 2

PC = PI – T.S.T. 3

P.C.1 4

c.c.2 5

c.c.3 6

c.c.4 7

c.c.5 8

c.c.6 9

165.118 m50 m Km 82 +

053.122

---- 0º15’ 0º37.5’ 1º09.7

5’

1º52.5’ 2º45’

LONGITUD DE LA ESPIRALLONGITUD DE LA ESPIRAL

L = S 40/G

109


TABLA 2.13 Registro de valores para trazo de espiral de entradaA partir del P.c.c. se traza la curva circular, lo cual ya se sabe hacer, sin embargo lo único que hay que considerar es la que consumen puesto que son simétricas, esto es 2 = ( 2 * 7º 30’ ) = 15º, entonces = – 2 = ( 72º 18’ – 15º ) = 57º 18’ y sustituyendo este valor tenemos que Lc = 20 / G =( 20 * 57º 18’ ) / 6 = 191 m. Así el cadenamiento del final de la curva circular central o segundo P.c.c. será: 82 + 103.122 + Lc ( 191 m ) lo cual es 82 + 294.122. A continuación de la curva espiral ya trazada se traza la curva circular simple. La tabla 2.14 resumen los datos de esta curva.

TABLA 2.14 Registro de datos para la curva central simple

Para comprobar si el cálculo de las deflexiones estuvo bien hecho, hay que recordar que la última deflexión es igual al /2. Esto se comprueba de la siguiente manera como la deflexión del km 82 + 294.122 = 28° 39' y el Angulo central de la curva simple = = -2 esto es = 72°18’ - 15° = 57° 18' lo cual indica que esta bien el calculo.

Se verá ahora cómo salir de la curva simple trazando la espiral de salida. Aquí hay que volver otra vez a poner cuerdas de diez metros porque esa fue la variación escogida. Entrando en la tabla 2.12 con Tránsito en c.c.6 se ve que la deflexión que se debe fijar al c.c., es de 1º15', cosa que se puede comprobar como ya se ha visto, o sea, para una curva de 50 con cuerdas de 20 m, la deflexión es de G/2 = 5/2 = 2º 30', luego para cuerdas de 10 m la deflexión será la mitad de 2°30' o sea 1º15'. Se sigue leyendo en la tabla para los demás c.c. y se anotan en el registro como se hizo en la primera espiral17 columnas 10,11,12,13,14,15 de la tabla 2.13. De esta manera queda terminado el problema de la unión de una curva circular simple con dos transiciones, una de entrada y una de salida.

CALCULOS PARA TRAZO DE ESPIRAL DE SALIDADEFLEXIONES DE LA ESPIRAL DE SALIDA POR

1º 0’ CADA 10 METROS

T.S.T.= D *(Tang /2)+T 1

L = 40 /G 2

PC = PI – T.S.T. 3

c.c.6 10

c.c.5 11

c.c.4 12

c.c.3 13

c.c.2 14

c.c.1 15

165.118 m50 m Km 82 +

053.122

---- 1º15’ 2º22.5’ 3º20.2

5’

4º07.5’ 4º45’

17 Mas tablas FeNaMe ver Libro de Vías de comunicación, Carlos crespo Villalaz, Pág. 590 - 596

ESTACION CADENAMIENT

O

DEFLEXIÓN Notas

P.c.c.87654321

P.c.c.

82 + 294.122280260240220200180160140

82 + 120.000

28º39’26º32’23º32’20º32’17º32’14º32’11º32’8º32’5º32’2º32’

110


TABLA 2.15 Registro de valores para trazo de espiral de salida

Finalmente diremos que se debe tener en la libreta de trazo, ósea el registro con los cadenamientos y deflexiones calculados para su trazo en el campo. Lo cual se indica en la tabla 2.16.

TABLA 2.16 Registro de datos para el trazo en

campo

Curvas verticales: En los cambios de pendiente se debe diseñar una curva vertical de longitud suficiente para evitar la acción excesiva de aflojamiento en los trenes de carga largos o una sensación de incomodidad a los pasajeros a la máxima velocidad. La AASHTO maneja un cambio de pendiente, por

ESTACIONES DEFLEXIONES NOTAS

PC 82 + 053.122063.122073.122083.122093.122

1ER PCC 82 + 103.122

0º 00.0’0º 15.0’0º 37.5’1º 10.0’1º 52.5’2º 45.0’

L = 50.00 M Cinco cuerdas de 10 ,m cada una. Transito en PC y hacia el 1er PCC

1ER PCC 82 + 103.122120.00140.00160.00180.00200.00220.00240.00260.00280.00

2DO PCC 82+ 294.122

0º 00.0’2º 32.0’5º 32.0’8º 32.0’

11º 32.5’14º 32.0’17º 32.0’20º 32.0’23º 32.0’26º 32.0’28º 39.0’

( 0º 09’ )( 16.878) = 2º 32’

Longitud de curva simple = 191.00 M

Transito en el 1er PCC y hacia el 1er PCC

Ultimo valor = ½

( 0º 09’ )( 14.122) = 2º 7’2DO PCC 82+ 294.122

304.122314.122324.122334.122

PT 82 + 344.122

0º 00.0’1º 15.0’2º 22.5’

3º 20.25’4º 07.5’4º 45’

L = 50.00 M Cinco cuerdas de 10 ,m cada una. Transito en 2do PCC hasta llegar al

PT

PCC 2

PC

= 72º 18'PI

PT

PCC 1

PC = KM 82 + 053.122PCC1 = KM 82 + 103.122

PCC2 = KM 82 + 294.122PI = KM 82 + 218.24

PT = KM 82 + 344.122

CROQUIS

111


estación de 100 pies, en curvas verticales la cual no deben exceder al 0.10 % en las cimas o 0.05 % en valles. Así, si los cambios de pendientes son de 0.20 % en descenso a 0.20 % en ascenso en un valle, el cambio total de pendiente es 0.40 % y se debe diseñar una curva de 0.40 * 100/0.05 = 800 pies de largo. Si ocurre un cambio similar de pendiente en una cresta, la longitud de la curva vertical debe ser de 400 pies. Ordinariamente, la longitud de una curva determinada en esta forma no arrojaría un número entero de estaciones, al igual que en las carreteras es más simple y satisfactorio usar una curva vertical del siguiente número entero de estaciones; esto es, si la longitud calculada es de 7.2 estaciones, se usará una curva vertical de 8 estaciones. La forma de la curva vertical es parabólica en un plano vertical. Primero, se determinan las elevaciones al comienzo y final de la curva vertical. Se suman éstas y el total se divide entre dos, para obtener el promedio. Se determina la diferencia entre este promedio y la elevación en la intersección de las dos pendientes. La mitad de esta diferencia es la ordenada de la tangente, o corrección, que debe hacerse a la mitad de la curva vertical. La corrección en otros puntos varía con el cuadrado de la relación de la distancia del extremo más cercano de la curva vertical a la mitad de la longitud de la curva. El procedimiento de cálculo es el mismo empleado en los caminos y lo único que se tendría que considerar es el manejo de esa pendiente para diferentes curvas verticales, que en este caso esta manejada por normas AASHTO.

Tipos de sección para ferrocarriles

A continuación se presentan en la figura 2.41(a),(b),(c) y (d) las diferentes secciones reglamentarias que se emplean en México. En México se tiene la vía ancha que es de 1.435 m y la vía angosta que es de 0.914 m

FIGURA 2.41(a) Terraplén con balasto permeable a) en tangente, b) en curva

a) TANGENTE

b) CURVA

112


FIGURA 2.41(b) Terraplén con balasto impermeable a) en tangente, b) en curva

FIGURA 2.41(c) Corte con balasto permeable a) en tangente, b) en curva

FIGURA 2.41. (c) Corte en balasto permeable a) en tangente, b) en curva

FIGURA 2.41. (d) Corte con balasto impermeable a) en tangente, b) en curva

a) TANGENTE

B) CURVA

a) TANGENTE

a) TANGENTE

b) CURVA

b) CURVA

113

ELEMENTOS Y ESTUDIOS REQUERIDOS PARA PROYECTAR UN AEROPUERTO

AEROPUERTO

SU ESTUDIO SE DIVIDE

EN 4 ETAPAS

SUS ELEMENTOS

SON

PLANEACIÓN

PROYECTO CONSTITUCIÓN USO

*ESTUDIOS ESTADÍSTICOS*SOCIOECONÓMICOS*TÉCNICOS*PÚBLICOS

*DIRECCIÓN TÉCNICA*EJECUCIÓN DE LA OBRA*CONTROL DE MECÁNICA DE SUELOS

*CONSTITUCIÓN*ESTUDIO DE TRÁNSITO*RECONSTRUCCIÓN

CATEGORÍA

*A: ANCHO DE ROD. 23m*B: ANCHO DE ROD. 23m*C: ANCHO DE ROD. 23m*D: ANCHO DE ROD. 18m*E: ANCHO DE ROD. 15m*F: ANCHO DE ROD. 12.5m*G: ANCHO DE ROD. 12.5m

*SE TIENEN MANIOBRAS DE CARGA Y DESCARGA*APROVISIONAMIENTO*SUBIDA Y BAJADA DE PASAJEROS

DEBE ESTUDIARSE

ECONOMÍAEN LA CONSTRUCCIÓN

ConsideracionesMeteorológicas

INVOLUCRA

DISTANCIA DELMISMO

ORIENTACIÓNCONRESPECTO A EL

DEPENDE DE

*TIPO DE MATERIAL ENCONTRADO*FACTIBILIDAD O NO DE SUBDRENARSE

*CLIMÁTICASGENERALES*GENERALES DE UBICACIÓN*ESPECIALES

ÁREAS DE DESPEGUE

SITUADAS A LOS EXTREMOS DE LAS

AEROPISTAS

CALLES DE

RODAJE

PLATAFORMAS

DRENAJE

PARA SU PROYECTO SE REQUIERE DE*PLANO TOPOGRÁFICO DE

LA ZONA*PLANO CON CURVAS DE NIVEL A 2.5m*PLANO DE PERFILES Y ACCIONES*DATOS DE PRECIPITACIÓN PLUVIAL*ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS

DIRECCIÓN DE VIENTO

DE OBSTÁCULO

MARCAS EN

AEROPISTAS

CALLES DERODAJE

DELAEROPUERT

O

SEÑALAMIENTOS

IMPRESCINDIBLESDE AYUDA PARA

DESPEGUE Y ATERRIZAJE

DE APROXIMACIÓN

2.3.-Transporte aéreo

El transporte aéreo es el sistema en el que su principal medio de transportación es el aire, sus vehículos como los aviones, helicópteros, avionetas etc.. y las estaciones de aterrizaje y despegue ya sea aeropuertos o helipuertos constituyen la operación de este tipo de transporte. La ubicación se reduce a los altos costos en la construcción, por lo cual existen rutas completamente directas. La eficiencia es moderadamente baja en términos de energía y costos de operación.

Su servicio es aplicable para pasajeros y carga, pero el servicio de pasajeros es más utilizado ya que puede trasladar a un pronunciado número de gentes a grandes distancias en tan poco tiempo, comparándolo cuando hay que atravesar montañas u obstáculos pronunciables, en cuanto al servicio de carga transporta mercancías de alto valor y poco voluminosa como en contenedores.

Los dos modos o categorías principales de transportación aérea son las empresas de transportación aérea comercial y la aviación general, que usan pequeños aviones privados y de negocios. Las necesidades de la aviación comercial y la aviación en general a menudo entran en conflicto. En muchas zonas, se hacen consideraciones para separar los dos tipos de viajes aéreos y se proporcionan instalaciones separadas para cada tipo.

Por ultimo, hay que mencionar que puesto que los viajes muy rara vez terminan en las terminales y de transbordo conocidas como aeropuertos; es necesaria, la accesibilidad e interconexión con servicios de transporte terrestre los cuales llegan a ser una complementariedad esencial en este tipo de transportación.

2.3.1.- Componentes de un Aeropuerto

Una aeropista o pista es el elemento más esencial de un aeropuerto, hace posible el aterrizaje y despegue de aviones. En todos los aeropuertos, con excepción de los más rudimentarios, la pista es una franja pavimentada. Figura 2.42. En muchos de ellos hay más de una pista. Las pistas paralelas son dos franjas construidas en la misma dirección, para dar espacio a operaciones cuando se rebasa la capacidad de una sola pista.

FIGURA 2.42 Fotografía de la pista del aeropuerto de Villahermosa, Tabasco, México, cuya superficie de rodamiento es de tipo mixta; pavimento rígido y flexible

Pavimento flexibles

Pavimento rígido


Las calles de rodaje o de carreteo son un medio conveniente para que entren y salgan aviones de una pista. Por lo general son pistas pavimentadas que se enlazan entre sí y con plataformas para el estacionamiento de aviones.

Las plataformas para estacionamiento de aviones suelen ser zonas pavimentadas adyacentes a una Terminal aérea, utilizadas por aviones como aproximación al edificio y para permitir el ascenso y descenso de pasajeros y tripulantes de los aviones. Estas plataformas cuentan por lo general con sistemas de abastecimiento de combustible, tomas de energía eléctrica y otras instalaciones para dar atención a aviones.

Un edificio de Terminal se construye en un aeropuerto para servir como medio de transición a pasajeros y tripulaciones, de tierra a aire y viceversa. Cuenta con salas de espera para pasajeros y secciones para manejo de equipaje y carga, así como oficinas y mostradores para venta de boletos. Un edificio de este tipo está por lo general enlazado por caminos o calles de acceso para automóviles y, en sus cercanías, es común que haya estacionamientos para automóviles.

Las torres de control se construyen en muchos aeropuertos de gran movimiento para el control del tráfico aéreo; son construcciones altas desde las que los controladores de tráfico pueden observar las pistas de aterrizaje y despegue, calles de rodaje y plataformas para estacionamiento de aviones.

Características de las aeropistas, calles de rodaje y plataformas

Se denomina aeropista o pista de un aeropuerto al área rectangular, despejada, libre de obstáculos cuyo eje longitudinal coincide con el de la franja de pista y adecuada tanto por su superficie, que puede ser pavimentada o no, como por todas sus características para el despegue y aterrizaje de aeronaves. La tabla 2.17 muestra las características geométricas correspondientes por tipo de aeropuerto.

AEROPUERTO TIPO A B C D E F G H

AEROPISTA TIPO A B C D E F G H

Longitud básicas de aeropista en metros2551

o mas

2151 a

2550

1801 a

2150

1501 a

1800

1281 a

1500

1081 a

1280

901 a

1080

Hasta

900Ancho mínimo de la aeropista pavimentada (m)

60*50+

Ancho mínimo de la franja (m) 300 *150 + No

Longitud de la franja de aeropista 70 metros mas allá de cada extremo de la aeropista ya corregida No

Pendiente máxima longitudinal de la aeropista (%) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 No

Pendiente máxima longitudinal de la franja (%) 1.75 1.75 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 No

Pendiente máxima transversal de la aeropista (%) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 No

Pendiente máxima transversal hasta 75 m del eje de la franja 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 No

Pendiente máxima transversal a mas de 75 m del eje de la franja 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 No

Distancia mínima entre ejes de aeropistas (m) 210 210 210 150 150 100 100 NoPorcentaje de vientos, incluyendo calmas durante los cuales las aeropistas pueden usarse con seguridad

95 95 95 90 90 80 75 70

Distancia mínima entre los ejes de las aeropistas y los edificios del aeropuerto 230 metros --- --- ---

* Para operaciones con instrumento+ Para operaciones por contacto visual

TABLA 2.17 Características geométricas de las aeropistas

116


Por otra parte, se llama franja de pista al área de terreno, de forma rectangular, alargada, despejada y libre de obstáculos, en el cual se efectúan operaciones aeronáuticas. Las cabezas de pista son zonas de 100m a 150 m en los extremo de las pistas en las cuales, generalmente, los aviones calientan motores.

Las aeropistas se pueden clasificar en los tipos A,B,C,D,E,F,G y H según que pertenezcan a su correspondiente tipo de aeropuerto A,B,C,D,E,F,G y H ya antes indicados en el capitulo I, pudiéndose dar por consiguiente las longitudes básicas que se indican en la tabla 2.3, así como sus otras características.

Las calles de rodaje, llamadas algunas veces taxeos, son las vías que sirven para el traslado, o baja velocidad, de las aeronaves, utilizando su propulsión propia o mediante tracción ajena. A cada lado de una calle de rodaje, deberá existir una faja de terreno, que se denomina faja de seguridad de la calle de rodaje, despejada y libre de obstáculos y que pueda resistir las cargas de las aeronaves que, por cualquier motivo, se salgan de la calle de rodaje. La tabla 2.18 muestra sus características.

CATEGORIADE LAAEROPISTA

A. DE LA C.R.

( M )

ANCHO DELA F.S –C/L- C.R

( M )

PENDIENTE MAX. LONGITUDINAL EN %

P. TRANS.MAX.

%

PENDIENTE LONGITUDINAL DE LAS FAJAS DE SEGURIDAD

AERONAVES

DEPISTONES

AERONAVESA

REACCION

AERONAVES

DEPISTONES

AERONAVESA

REACCION

A 23 20 3 1.5 1.5 5 2.5B 23 20 3 1.5 1.5 5 2.5C 23 20 3 1.5 1.5 5 2.5D 18 15 3 1.5 1.5 5 2.5E 15 15 3 1.5 1.5 5 2.5F 12.5 10 3 ----- 1.5 5 -----G 12.5 10 3 ----- 1.5 5 -----

A. DE LA C.R. = Ancho de la calle de rodaje; ANCHO DE LA F.S-CL-CR = Ancho de la faja de seguridad a cada lado de la calle de rodaje; P. TRANS. = Pendiente transversal

TABLA 2.18 Características de las calles de rodaje

En los lugares en que las calles de rodaje en tangente se unan a las aeropistas, o en los cruces de aeropistas, los bordes se ligaran por medio de curvas circulares. Tanto las aeropistas como las calles de rodaje de un aeropuerto deberán ser visibles desde la torre de control, por lo que la ubicación de esta se sujetara siempre a ese requisito

Las plataformas son las zonas del aeropuerto en las cuales se detienen las aeronaves con el objeto de llevar a cabo las maniobras de carga, descarga, aprovisionamiento, y subida y bajada de pasajeros. Las plataformas tendrán dimensiones tales que permitan el estacionamiento de las aeronaves a una distancia mayor de tres metros entre cualquier punto de ellas y cualquier obstáculo fijo o móvil y con cualquiera de sus ruedas a más de tres metros del borde de la plataforma.

Deberán contar, además, con espacio suficiente para maniobras, para lo cual ningún punto de la aeronave que se mueva con sus propios motores quedará a menos de cinco metros de algún otro obstáculo móvil como serían, por ejemplo, otras aeronaves, o a menos de tres metros de obstáculos fijos. Si las aeronaves se mueven tiradas por vehículos tractores, la distancia de cinco metros puede quedar reducida a tres metros como mínimo. El tamaño de la plataforma depende del número necesario de posiciones de carga y del tamaño y características de giro de los aviones.

El número de espacios depende del tiempo que los ocupen los aviones; este tiempo es mayor en los aeropuertos terminales que en los de paso. En la mayor parte de los casos, las aerolíneas prefieren el uso exclusivo de algunas posiciones de plataforma, debido al complejo equipo que se requiere para dar servicio a los aviones. Esto tiene como resultado un mayor número de posiciones de carga del que se requeriría si éstas fueran compartidas.

117


Para determinar las necesidades de área para plataformas, pueden explorarse diversos métodos para colocar los aviones. El tamaño de las plataformas de carga de las aerolíneas depende del número y tamaño de los aviones que debe contener, determinado por el pronóstico del movimiento de aviones en horas pico. Las posiciones de carga de los aviones se señalan por medio de círculos de diversos diámetros, que dependen de la envergadura, longitud y radio de viraje de las naves que vayan a usar el aeropuerto. En la figura 2.43 se presentan algunas dimensiones de aviones, así como la definición de estas.

La construcción de instalaciones subterráneas en la plataforma es un requisito en algunos aeropuertos. En otros, los servicios de combustible, aire, energía y teléfono pueden acomodarse en la orilla de la plataforma o desde el edificio Terminal.

2.2.3.4 Terminales o torres de aeropuertos

FIGURA 2.43 Definición de términos y dimensiones

TIPO DE AVION

MEDIDAS EN METROSLARGO ANCHO ALTURA

CONVAIR 990 42.43 36.58 ----

BOEING 747 SP 70.48 59.65 19.33

BOEING 707-120 44.46 ---- ----

BOEING 707-320 B 46.61 ---- ----

Mc DONNELLDOUGLAS

DC-8 SUPER 60

57.64 ---- ----

Mc DONNELLDOUGLAS

DC-9 SUPER 80

31.96 ---- ----

CONCORDETUPOLEV TU 144

65.85 ---- ----

118


Edificios de una Terminal aérea

El paso de los pasajeros de tierra a aire ocurre en la Terminal, se usan métodos diversos para dar cabida y transferir al público y sus bienes que llegan por aire o tierra, y proporcionar estacionamiento, servicio y almacenaje de aviones y vehículos empleados en el transporte terrestre. El grado de desarrollo en la Terminal varía con el volumen de las operaciones aeroportuarias, el tipo de tráfico que hace uso del aeropuerto, el número de personas que es atendido y la forma de darles acomodo.

El concepto de un aeropuerto muy pequeño puede comprender sólo un hangar con instalaciones simples de oficinas, adecuadas para una actividad aeroportuaria limitada. En las terminales grandes de aerolíneas comerciales las demandas son mayores. El concepto puede abarcar operaciones de Terminal en dos niveles, estacionamiento de automóviles en edificios y equipos elaborados para carga de pasajeros. En la figuras 2.44 se muestra el concepto de Terminal simple y mas adelante en la figura 2.45 se muestra los sistema de terminales usados en algunos aeropuertos internacionales

FIGURA 2.44 Sistema de Terminal simple18

El diseño al frente de instalaciones es usual en aeropuertos de poca actividad. En el diseño de un aeropuerto pequeño (Fig. 2.15.a), los medios necesarios para atender un volumen moderado de aviación general se disponen en una hilera a lo largo del camino perimetral. La Terminal se elimina en aeropuertos muy pequeños y sus funciones se alojan en un hangar de servicio.

En tal aeropuerto, la Terminal o su equivalente tendría usualmente una sala de espera, sanitarios, oficina para el administrador del aeropuerto u operador de servicios de vuelo y, quizá, un restaurante, cafetería o máquinas automáticas. En terminales aéreas de baja actividad, un sistema de carga al frente como el mostrado en la figura 2.44 .b, es el preferido normalmente. Las posibilidades de expansión están allí indicadas.

18 Se agregan dedos o corredores para aumentar la capacidad de estacionamiento de aviones

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Sin embargo, conforme se prolongan los pasillos, los pasajeros tienen que caminar más. En forma similar, la estructura de pasillos se vuelve menos económica puesto que las posibilidades de abordaje son por un solo lado. Los sistemas de pasillos se prolongan dentro de la plataforma de estacionamiento de aviones y permiten que los aviones se estacionen más cerca de la Terminal. Esta distribución reduce el costo estructural, puesto que la carga se lleva a cabo por ambos lados.

El sistema de pasillos mostrado en la figura 2.44.c es una solución simple para un aeropuerto grande. Las distancias que se caminan hasta las posiciones extremas, sin embargo, son más bien largas. Un diseño de pasillos más elaborado es el de pasillos divididos (Fig. 2.44 d).

Aquí, las distancias que camina el pasajero son bastante largas. Un pasajero que vaya a pasar desde la posición de carga de un extremo de un pasillo al extremo de otro, caminaría más de 800 metros, suponiendo que la posición de estacionamiento del avión tenga 200 pies esto es 61 metros aproximadamente de diámetro. Las distancias que se caminan son inevitablemente largas en terminales centralizadas que atienden un gran número de puertas y salas, a no ser que se utilice la movilización mecanizada de pasajeros.

Las terminales unitarias concentran las posiciones de estacionamiento de aviones y minimizan la distancia que caminan los pasajeros, excepto cuando se necesita una transferencia de unidad a unidad. El movimiento de una Terminal unitaria a otra puede significar demasiado tiempo y distancia. Las terminales unitarias se diseñan generalmente de manera que cada unidad sea una entidad autosuficiente.

FIGURA 2.45 Sistemas de terminales usados en algunos aeropuertos internacionales.

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Las terminales satélite también concentran las posiciones de estacionamiento de aviones en un esfuerzo por reducir al mínimo las distancias por caminar. Las terminales satélite mostradas en la figura 2.45.a están alimentadas por túneles que vienen de la zona de boletaje y cuentan con posiciones de estacionamiento de aviones sin excesivas distancias por caminar.

En la figura 2.45.b el satélite es un muelle situado al extremo de un pasillo y concentra las posiciones de estacionamiento, con el consiguiente ahorro de la distancia por caminar. El diseño de la Terminal, mostrado en la figura 2.45.c, tiene dos muelles distribuidores que sirven a 14 posiciones de carga con distancias relativamente cortas por caminar. El acceso al muelle satélite distribuidor ofrece distancias mínimas que deben caminar los pasajeros para un gran número de posiciones de salas.

El estacionamiento remoto de aviones reduce al mínimo la distancia por caminarse, con un vehículo para transportar pasajeros de la Terminal al aeroplano. En algunos aeropuertos europeos, el transporte de la Terminal al avión se realiza por medio de autobuses.

En un proyecto más elaborado bajo el concepto de estacionamiento remoto, una sala móvil transporta a los pasajeros hasta o desde la aeronave situada a cierta distancia de la Terminal (Figura 2.45.d). La sala móvil se usa en varios países. Al llegar la hora de salida, se conduce a los pasajeros al avión, o se les recibe a la llegada, con lo que se elimina la larga caminata entre el aeroplano y la Terminal.

Edificios de carga y servicio: En muchos aeropuertos, la carga aérea se maneja a través del edificio de la Terminal. En donde se han construido instalaciones separadas de carga, generalmente éstas se han localizado junto a las terminales. El tamaño y tipo de instalaciones de carga varía según las necesidades del lugar. La mayor parte consiste en estructuras largas y bajas con plataformas para camiones por un lado y estacionamientos de aviones por el otro. El nivel del camino del lado de camiones debe bajar para que el piso quede a la altura del piso del camión y facilitar la carga y descarga. Estos edificios separados de carga cuentan con instalaciones no solamente para manejar la carga en forma directa hasta dentro del avión que se encuentra en la plataforma adyacente, sino también con instalaciones para clasificar los embarques de carga pequeños que se transportan a la Terminal en carros pequeños y colocados a bordo de aviones de pasajeros. En aeropuertos pequeños la carga se maneja en el edificio Terminal y se transporta sólo en aviones de pasajeros. En la mayor parte de los aeropuertos con servicio regular de pasajeros se requieren servicios de rescate y extinción de incendios. Deben ubicarse en un lugar que tenga fácil acceso a todas las partes del aeropuerto. Otros edificios o construcciones que pueden necesitarse son plantas de calefacción, servicios públicos, mantenimiento, almacén de equipo, equipo eléctrico y subestación.

Ascenso y descenso de pasajeros

Los equipos para ascenso de pasajeros permiten realizar la transferencia de la Terminal al avión en cualquier condición climática, generalmente sin cambio en el nivel requerido. La sala móvil es un tipo de equipo de ascenso. En la figura 2.46.a se muestra el tipo de vehículo empleado en el aeropuerto Dulles. En la figura 2.46.b se muestran una sala móvil la cual sirve para trasbordo de pasajeros del avión a la Terminal. Las aerolíneas de servicio local que usan pequeños aviones de transporte pueden acomodarse directamente en la Terminal

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FIGURA 2.46 Salas móviles a) conexión a Terminal y b) conexión al avión

El pasillo telescópico mostrado en las figuras 2.47a y b es el equipo de carga más utilizado. El pasillo telescópico tiene una conexión articulada al edificio Terminal. El extremo del lado del avión se mueve sobre una base articulada con movimiento pleno que se acciona eléctricamente. En la figura 2.47.a se muestra el estacionamiento paralelo con pasillos telescópicos que atienden las puertas delanteras y traseras del avión. Las aeronaves que se estacionan con cierto ángulo pueden usar un pasillo telescópico simple, como se muestra en la figura 2.47.b En ambos casos el avión puede rodar para entrar o salir de la posición. (Por lo común se remolcan los aviones de fuselaje ancho desde sus posiciones de estacionamiento.)

FIGURA 2.47 Pasillo telescópico para estacionamiento en paralelo y en ángulo

Los equipos de carga por la nariz mostrados en las figura 2.48permiten que el avión se mueva en la posición de estacionamiento, pero debe ser jalado fuera de la posición. El descenso de pasajeros es más rápido con equipos de carga por la nariz, pero el ascenso es más lento. En la figura 2.48.a, un equipo ajustable de transferencia, suspendido de una saliente del lado de afuera de la Terminal, se mueve sólo unos cuantos pies hacia el avión.

FIGURA 2.48 Equipo de carga para trasbordo de pasajeros de los aviones a las salas de espera

a) ESTACIONAMIENTO EN PARALELO

b) ESTACIONAMIENTO EN ANGULO

a) NARIZ DEL TIPO PEDESTAL

b) NARIZ DEL TIPO PIVOTEADO

a) CONEXIÓN A TERMINAL

b) CONEXIÓN AL AVION

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El equipo de carga por la nariz que se ilustra en la figura 2.48.b está pivotado en la Terminal y soportado sobre ruedas motorizadas del lado del avión. Cuando no se usa, este equipo se guarda lo más cerca posible a la pared de la Terminal y puede girar a la posición de conectar con la puerta del avión. Por experiencia se sabe que el avión puede colocarse con precisión en la posición de estacionamiento de manera que no se necesiten ajustes complicados.

El equipo de pedestal (Fig. 2.48.a) es el menos costoso; pero el tipo articulado puede servir (Fig. 2.48.a) a una mayor variedad de aviones, puesto que puede servir para una variedad de alturas de avión, debido a su mayor longitud de rampa.

Otros tipos de equipos para transferencia de pasajeros incluyen las banquetas móviles en pasillos y otros lugares donde es factible; los sistemas de transporte horizontal que conectan terminales unitarias y satélites, y sistemas similares que pueden prestar servicio en posiciones individuales de carga para mantener en un mínimo las distancias que hay que caminar.

2.3.2.- Proyecto de un Aeropuerto

Hablaremos aquí únicamente de los lugares apropiados para la construcción de un aeropuerto y de algunas disposiciones para el funcionamiento eficaz de sus elementos.

El primer paso a dar en la elaboración del proyecto de un aeropuerto es la búsqueda de los lugares apropiados para su construcción. Dichos probables lugares deben cumplir con requisitos de seguridad que exigen las operaciones aeronáuticas, es decir, que no existan en sus cercanías obstáculos, naturales o artificiales, que afecten a las operaciones aéreas; o bien que si existen, ellos puedan ser eliminados.

Para escoger el lugar más adecuado para el emplazamiento del aeropuerto es necesario estudiar:

Su situación con relación al centro urbanoLas condiciones meteorológicas del lugarLa economía en la construcción

Situación del aeropuerto con relación al centro urbano: El estudio de la situación del aeropuerto con respecto al centro urbano involucra dos puntos principales: su distancia del mismo, y su orientación con respecto a él.

1 Con relación a la distancia del aeropuerto del centro urbano, hay que tener en cuenta que ella se refiere no a la distancia material que los separa, sino más bien desde el punto de vista del tiempo invertido en recorrer la separación geográfica, puesto que un buen sistema de vías de comunicación puede transformar un aeropuerto más cercano que otro que se encuentre a menor distancia material del centro urbano, pero que tenga malas comunicaciones con el mismo. Se considera que el tiempo que debe perder un pasajero aéreo en un viaje debe ser, como máximo, de un 30% de la duración total del mismo, contando en estas pérdidas, el tiempo perdido en el despacho de boleto en el caso de los aeropuertos nacionales, pero en los aeropuertos internacionales, hay que agregar a los tiempos anteriores aquellos correspondientes a pérdidas en cambio de moneda, sanidad, migración, aduanas, etcétera. También, con respecto a la distancia de los aeropuertos al centro urbano, hay que tomar en cuenta que los ruidos de los aviones a reacción puede ser muy molestos si el aeropuerto se encuentra muy cerca de la población, por lo que la tendencia es evitar el atronador ruido de la puesta en marcha de las turbinas alejando la ubicación de los aeropuertos. Tomando en cuenta lo anterior, en Europa se

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considera que una distancia de 15 minutos del centro urbano al aeropuerto es más o menos adecuada, mientras en Estados Unidos de América, se aceptan 30 minutos de recorrido.

2 Con relación a la orientación del aeropuerto con respecto a las ciudades, es necesario tratar de evitar que el aeropuerto quede localizado de tal modo que los vientos dominantes soplen de las zonas industriales hacia el mismo, ya que ello sería causa de la formación de nieblas y humos sobre el aeropuerto haciendo dificultoso la utilización del mismo.

Condiciones Metereológicas: Las condiciones meteorológicas que un aeropuerto debe reunir se pueden clasificar en tres partes: condiciones climatéricas generales de toda la zona, condiciones generales de ubicación del aeropuerto y condiciones especiales del lugar elegido para el aeropuerto.

1 El estudio de los aspectos climatéricos de toda la zona marcan, precisamente, las condiciones de utilización de los diferentes probables lugares de ubicación del aeropuerto dentro de la zona. Los datos son, generalmente, obtenidos del observatorio meteorológico más cercano y se refieren a la intensidad, frecuencia de dirección y duración de los vientos, así como a temperaturas, lluvias y nieves de la zona y número de días en que las nubes son de altura menor de 200 metros. Haciendo un estudio de las condiciones metereológicas anteriores, se puede escoger el lugar más adecuado para el aeropuerto. De estas condiciones metereológicas las más importantes, para el estudio del aeropuerto son, quizás, las que se refieren a los vientos y a la precipitación pluvial ya que servirán para la orientación de las aeropistas y para el estudio del drenaje del aeropuerto, respectivamente.

2 En cuanto a las condiciones generales de ubicación del aeropuerto, se puede decir que es necesario tomar en cuenta que en muchas ocasiones, pequeños cambios en la ubicación del mismo puede conducir a mejorar las condiciones generales de las recaladas debiendo evitarse para ello el tener que atravesar zonas de mala visibilidad al ir perdiendo altura en las recaladas. En muchas ocasiones estas zonas de mala visibilidad son debidas a la niebla que se forma cerca de los ríos por la fuerte evaporación en los mismos.

3 Las condiciones especiales del lugar elegido para el aeropuerto se refieren al hecho de tratar de evitar, hasta donde ello sea posible, el ubicarlo en común a toda la zona debido a cambios en las condiciones de las capas de aire más bajas. El cambio en las capas de aire más bajas puede producir corrientes ascendentes y descendentes así como variación en la dirección de los vientos, cosas que tendrán que tomarse en cuenta en el proyecto del aeropuerto, pues las corrientes ascendentes y descendentes hacen peligrosas las operaciones de aterrizaje y despegue de los aviones, y la variación en la dirección de los vientos alteraría la orientación de las pistas. Cuando un viento encuentra una montaña, cambia su dirección horizontal llegando su influencia a barlovento (parte de donde viene el viento con relación al lugar) hasta una distancia igual a la altura de la montaña, y a sotavento hasta una distancia igual a D = h*cot /2 en la que h es la altura de la montaña y es el ángulo que forma la ladera con la horizontal. La ubicación del aeropuerto a es adecuada siempre y cuando la altura h de la montaña sea menor que la necesaria para el despegue. Sin embargo, el aeropuerto b tiene el inconveniente de presentar dificultades durante el despegue debido a la existencia de torbellinos. Figura 2.49.

Economía en La Construcción: La economía en la construcción de un aeropuerto depende del tipo de material encontrado como suelo de cimentación, así como si el terreno escogido tenga o no facilidad para drenar solo, es decir, sin necesidad de un drenaje especial muy costoso. Debido a las características topográficas exigidas por la navegación aérea los aeropuertos muy a menudo se localizan mesetas formadas por estratos de sedimentación de los cuales el primero es, generalmente, una arcilla plástica de bajo valor de soporte.

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La parte superior del primer estrato, ya sea monte o terreno de cultivo, contiene materia orgánica en cantidad perjudicial por lo que exige se quite, generalmente, una capa de 10 a 20 cm de espesor según el terreno sobre el cual se alojan las aeropistas, plataforma y calles de rodaje. A menudo también se requiere que la capa superior de la terracería sea hecha con material de mejor calidad que el resto de la misma. Todo lo anterior, hace que el costo de un aeropuerto se clave y por lo tanto es necesario tener mucho cuidado al elegir el sitio del mismo. Habiéndose escogido el lugar más conveniente para ubicar el aeropuerto, el paso siguiente consiste en buscar la mejor orientación para las aeropistas y el número necesario de ellas. Para esto se tiene que manejar los datos meteorológicos relativos a vientos para formar la llamada rosa de vientos y poder orientar las aeropistas en forma correcta. Se llaman vientos dominantes a los de mayor intensidad y vientos reinantes a los de mayor frecuencia.

FIGURA 2.49 Ubicación de los aeropuertos

Orientación de las pistas

La organización de aviación civil internacional especifica que las aeropistas del tipo A, B Y C deben orientarse de tal forma que los aviones puedan aterrizar al menos el 95% de las veces sin que la componente transversal del viento, perpendicular a la dirección de las aeropistas, exceda la velocidad de 24 km/hr. Este es aproximadamente, el viento transversal máximo que se considera puede ser resistido con seguridad razonable por los aviones convencionales incluyendo entre éstos a los grandes aviones para carga, los cuales pueden aterrizar con componente transversal del viento hasta de 48 km/hr. La componente transversal de cualquier viento será el producto de su velocidad por el seno del ángulo que forma con el eje de la pista como se muestra en la parte superior derecha de la tabla 2.21.

T = V sen

En donde:V = velocidad del vientoT = componente transversal de velocidad

Los porcentajes que siguen se obtienen contando el número de veces que el aire sopla (con una velocidad comprendida entre las indicadas por su encabezado) en una determinada dirección, dividiendo esa cantidad entre 365 que son los días del año y multiplicando por cien. Así por ejemplo, en la dirección norte el viento sopla, con velocidades entre 6 y 24 km/hr, cinco veces, por lo que el porcentaje para la dirección norte es:

N = ( 5/365 ) ( 100 ) = 1.37 = 1.4%

Los demás porcentajes que aparecen en la tabla 2.21 se calculan en forma semejante

125


Como puede observarse, se supone que todos los vientos inferiores a 24 km/hr serán cubiertos por una aeropista trazada en cualquier dirección, de tal manera que cualquier aeropista cubrirá vientos de velocidades inferiores a 24 km/hr, como en nuestro ejemplo, 91.3% (de la tabla agrupando en siete direcciones) ya que estos vientos no pueden tener una componente transversal de velocidad superior a 24 km/hr en ninguna aeropista.

DIRECCION DEL VIENTO

% DE VIENTOSQue soplan en la dirección

indicada, con velocidades en km/hr, de:

6 a 24 24 a 48 TOTAL

N 1.4 0.0 1.4N – NE 0.0 0.0 0.0

NE 6.3 0.0 6.3E – NE 0.0 0.0 0.0

E 0.0 0.0 0.0E – SE 0.0 0.0 0.0

SE 0.8 1.1 1.9S – SE 0.5 1.1 1.6

S 1.1 0.0 1.1S – SW 2.5 0.0 2.5

SW 62.3 5.7 68.0W – SW 0.8 0.0 0.8

W 1.4 0.5 1.9W – NW 0.0 0.0 0.0

NW 0.5 0.3 0.8W – NW 0.0 0.0 0.0CALMAS 13.7 --- 13.7

TOTALES 91.3 8.7 100.0

TABLA 2.19 Computo de vientos

Sin embargo, para determinar la orientación de la aeropista principal deben tenerse en cuenta los vientos reinantes de modo que puedan llevarse a cabo los despegues y aterrizajes en contra del viento de mayor porcentaje posible del tiempo. Por lo tanto, en nuestro caso, resulta evidente que la aeropista debe dársele la orientación NE-SW de tal manera que pueda ser usada en cualquiera de las dos direcciones.

El ángulo máximo que un viento de 48 km/hr puede formar con el eje de la aeropista es de 300 (48 * sen = 24) si se desea que la componente f transversal de la velocidad del viento no exceda 24 km/hr, De aquí que cualquier aeropista cubrirá un ángulo de 30º a cada lado de la misma para, estos vientos.

Como la O.A.C.I. especifica que, en aeropistas tipo A, B y C por lo menos en el 95% de tiempo los aviones puedan aterrizar sin que la componente transversal de la velocidad del viento exceda de 24 km/hora, quiere decir que, en el caso en estudio, como con solo una aeropista se cubre más del porcentaje especificado, el aeropuerto se proyectará con solo una aeropista siempre y cuando las operaciones de aterrizaje y despegues no pasen de 50 km por hora.

Diseño de pistas de aterrizaje y despegue

Las pistas de aterrizaje y despegue son los puntos focales de un aeropuerto; deben tener longitud y ancho adecuados para dar acomodo a las aeronaves a las que haya de dar servicio

TV

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Se llama longitud básica de la pista o aeropista a la necesaria para las operaciones de la aeronave a que se destina, en un sitio horizontal, al nivel del mar, en condiciones atmosféricas tipo y con viento en calma.

TABLA 2.20 Temperaturas tipo para diferentes altitudes

La atmósfera tipo es aquella en que el aire es un gas perfecto, seco, a 15 grados centígrados de temperatura al nivel del mar, con una presión equivalente a 760 mm de columna de mercurio al nivel del mar y con un gradiente de temperatura, desde el nivel del mar hasta la altura en que la temperatura baja a 560 C, de menos 65 diezmilésimos de grado centígrado ( - 0.0065º C) por metro. La longitud real de una aeropista se obtendrá corrigiendo la longitud básica, de la tabla 2.3, por elevación, temperatura y pendiente como se indica:

La longitud básica de una aeropista se aumentará a razón de 0.023% de su longitud, por cada metro de elevación sobre el nivel del mar que tenga el lugar de ubicación de la pista.La longitud obtenida con la corrección por elevación anterior, se aumentará en uno por ciento por cada grado centígrado que la temperatura de referencia exceda a la temperatura tipo que corresponda a la elevación de la aeropista. La temperatura de referencia se obtiene como sigue:

T0 = T1 + ( T2 – T1 / 3 )Donde:T0 = temperatura de referencia del aeropuertoT1 = temperatura media del mes más calurosoT2 = temperatura media mensual de la temperatura diaria máxima del mismo mes

A esta última distancia se le aumenta un 6% por cada 1 % de 8 pendiente longitudinal.

Considere proyectar las características de una aeropista para alojar aeronaves del tipo DC-6 en un sitio que presenta las siguientes características: Elevación sobre el nivel del mar = 500 metros, Temperatura media, el mes más caluroso = 21 ºC, Promedio de temperaturas máximas del mismo mes= 30 ºC y Peso máximo de despegue al nivel del mar 32.2 Tm

Tomando en cuenta el peso anterior se puede clasificar a la aeropista con la tabla 2.18, como del tipo D con una longitud básica de 1501 a 1800 metros. Se tomará la longitud mayor, o sea 1800 metros como la longitud básica.

Tomando en cuenta esta longitud realizamos las correcciones a la longitud básica de la aeropista

1 Por elevación:0.000023 * 500 = 0.115

L1 = 1800 * 1.115 = 2007 m

ALTITUD

EN METROSTEMPERATUR

AALTITUD

EN METROSTEMPERATUR

AALTITUD

EN METROSTEMPERATURA

- 305 17 ºC- 152

0+ 152305

16151413

1067121913721524

8765

2286243825912743

-0.1-1.0-1.8-2.8

457610762914

1211109

1676182919812134

4321

289630483200

-3.8-4.8-5.8

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2 Por temperatura:

T0 = T1 + ( T2 – T1 / 3 ) = 21 + ( 30 - 21 / 3 ) = 24 ºC

Temperatura tipo = 12º que se toma de la tabla 2.22, diferencia de temperaturas = 24 – 12 = 12º esto es 12 * 0.01 = 0.12, por lo tanto L2 = 2248 m

L2 = 2007 * 1.12 = 2247.84 m = 2248 m

3 Por pendiente: La diferencia máxima de niveles obtenida del proyecto de la rasante de la aeropista fue de 10.80 m. Por lo tanto la pendiente de la aeropista es igual a ( 10.80 / 2248 ) * 100 = 0.485 % = 0.5 %. Aumentar 3% la longitud de la pista, ya que por especificación debe incrementarse en un 6% por cada 1 % de pendiente longitudinal esto es 2248 * 1.03 = 2315 metros así pues, la longitud total de la aeropista será de 2315 m. Las características geométricas de la aeropista se fijaran de acuerdo con la categoría D empleando la tabla correspondiente ya conocida. Figura 2.50.

FIGURA 2.50 Diseño de la longitud de una aeropista

Se denomina área de despegue a la porción de terreno situado en ambos extremos de una aeropista, cuya proyección en un plano horizontal tiene forma de trapecio simétrico con respecto a la prolongación del eje de la aeropista, cuya base menor se encuentra en el extremo de la zona libre de obstáculos, si la hay, o a 60 m del extremo de la aeropista o de la zona de parada, si existe.

El área de aproximación es la porción de terreno que procede a los umbrales de una aeropista, siendo su forma igual a la del área de despegue y su base menor se encuentra a 60 metros del umbral. La superficie de despegue es un plano inclinado de forma trapecio y cuya proyección en un plano horizontal coincide con la del área de despegue en ese mismo plano. Figura 2.51.

temp = 21ºCprom. temp = 30ºpeso max = 32.2 TM

Altitud sobre el nivel del mar = 500 m

AEROPISTA LONGITUD = 2315 M

FRANJA DE PISTA

CA

BE

ZA

DE

PIS

TA

CA

BE

ZA

DE

PIS

TA

ESPECIFICACIONES GEOMETRICASAeropista Ancho minimo de la aeropista pavimentadaAncho minimo de la frnaja en metrosLongitud de la franja de la aeropistaPendiente maxima longitudinal de la aeropistaPendiente maxima longitudinal de la franjaPendiente maxima transversal de la aeropistaPendiente maxima transversal hasta 75 m del eje de la pistaPendiente maxima transversal a mas de 75 mdel eje de la pistaDistancia minima entre ejes de aeropistas Porcentaje de vientos, incluyendo calmas, durante los cuales las aeropistas pueden usarse con seguridadDistancia minima entre los ejes de las aeropistas y los edificios del aeropuerto

TIPO D-----300 M*, 150 m70 Mº1.0 %2.0 %1.5 %

2.5 %

5.0 %150 M

90 %

230 M

* para operaciones con instrumento

+ para operaciones por contacto visualº Longitud mas alla de cada extremo de la aeropista ya corregida como se indica mas adelante

+

Area de despegue

Area de aproximacion

franja

AeropistaZona libre de obstaculos

d

a a'

b

c

b'

c

d'

60 m

300 m300 m

d

Area de despegue

Area de aproximacion

d'

a

b

a'

b'

cc

Aeropista

umbralumbral

60 m

300 m300 m

Aeropistas que operan por instrumentos

Aeropistas que operan en condiciones de contacto visual

ab = a'b' = 300 mcd = c'd' = 1200 m

ab = a'b' = 150 mcd = c'd' = 750 m

PLANTAPLANTA

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FIGURA 2.51 Ubicación del área de despegue y aproximaciónLa base menor de la superficie de despegue se encuentra en el plano horizontal que pasa por el eje en el extremo de la aeropista, de la zona de parada o de la zona libre de obstáculos, según corresponda. La superficie de aproximación es un plano inclinado, de forma trapecial y cuya proyección en un plano horizontal coincide con la del área de aproximación en ese mismo plano. La base menor de la superficie de aproximación se encuentra en el plano horizontal que pasa por el eje, en el umbral de la aeropista.

Las pendientes de las superficies de despegue y de aproximación, serán las siguientes:

Para aeropistas de aproximación de presión y de vuelo por instrumento ------------------ ------ 50:1 Para aeropistas de las categorías A,B,C o D -------------------------------------------------------------- 50:1 Para aeropistas E o F -------------------------------------------------------------------------------------------- 30:1 Para aeropistas G ------------------------------------------------------------------------------------------------- 25:1

Todos los obstáculos que sobresalgan por encima de las superficies de despegue o de aproximación deben suprimirse. Además deben eliminarse de la superficie del terreno todos aquellos obstáculos que puedan ser un peligro para las aeronaves y que se encuentren dentro de las distancias siguientes, medidas a partir del extremo de la aeropista, aún cuando no sobresalgan de la superficie de aproximación. La distancia a partir del extremo de la aeropista en metros por tipo de aeropista se muestra en la tabla 2.21.

AEROPISTADISTANCIA A PARTIR DEL EXTREMO DE LA AEROPISTA EN

METROS

A,B,C, o D 360

E o F 260

G 180

TABLA 2.21 Distancia a la cual no debe presentar ningún obstáculo según tipo de aeropista

Sistemas de calles de rodaje

Un elemento que se debe considerar en el área de despegue son las calles de Rodaje, estas se diseñan para conectar la Terminal con los extremos de las pistas en el caso de los despegues y para hacer salidas de la pista en varios puntos y dar salida a los aviones que aterrizan. Los aterrizajes generalmente, no necesitan toda la longitud de la pista, por eso para despejar la pista de los aviones que van aterrizando, tan rápido como sea posible, se diseñan salidas con vueltas fáciles hacia las calles de rodaje

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Las calles de rodaje se proyectarán nada más para aquellos aeropuertos en que, por la intensidad del tránsito de aviones, se necesita desalojar rápidamente las aeropistas con el objeto de que no se utilicen éstas para el rodaje de las aeronaves. La unión de las calles de rodaje con extremos de las aeropistas, se hará con un tramo perpendicular del borde de la aeropista, a menos que se prevea que entren las aeronaves a ella a velocidades superiores a 15 km/hr, en cuyo caso el proyectista fijará el ángulo de entrada.

Las calles de rodaje que comuniquen con extremos de aeropistas se proyectarán, salvo indicación de lo contrario, con lugares de espera para una o más aeronaves, con el fin de que puedan tener acceso rápido a la aeropista tan pronto obtengan la autorización para despegar.

Estos lugares de espera se proyectarán de tal forma que ningún punto de la aeronave que espera turno, quede a menos de 45 metros del borde de la aeropista y que, además, quede espacio libre para el movimiento de las aeronaves que necesiten despegar inmediatamente. Se obtienen salidas de los aviones aun mas rápidas cuando la pista esta equipada con calles de rodaje como la mostrada en la figura 2.52.

FIGURA 2.52 Diseño en Angulo de calles de rodaje

Nivelación y drenaje de un aeropuerto

Se necesita de un meticuloso análisis de suelos en el terreno donde se valla a construir un aeropuerto, para planear la nivelación, los sistemas de drenaje y subdrenaje, y para diseñar los pavimentos y capas de base. Se necesitan también pruebas de suelos para controlar la compactación de rellenos y capas de base, de modo que no haya asentamientos bajo la carga de aviones pesados. Los procedimientos para muestrear y probar suelos son muy semejantes a los empleados en las autopistas.

La superficie de un aeropuerto debe ser relativamente plana pero bien drenada. Pocos terrenos naturales proporcionan lo anterior de manera ideal, por lo que es importante una nivelación adecuada. Los planos de nivelación y de drenaje deben coordinarse con cuidado.

Ya se ha visto con anterioridad que al escoger una zona para la localización de un aeropuerto se debe buscar que dicha zona drene libremente con el fin de reducir las obras de drenaje y abaratar su costo. Sin embargo, con frecuencia la localización abarca terrenos inestables que requieren un drenaje adecuado tanto superficial como subterráneo.

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Como las cunetas profundas y las zanjas no son recomendables, se debe recurrir a otro medio para captar y desalojar el agua superficial. El sistema de drenaje que se emplee debe ser resistente ya que algunas de sus partes estarán sometidas a las fuertes presiones de los grandes aviones que aterrizan y pasan sobre ellos.

Para poder proyectar un drenaje adecuado en un aeropuerto es necesario contar con los siguientes elementos de trabajo:

1 Un plano topográfico del lugar y de las zonas que lo circundan.2 Un plano con curvas de nivel a 0.25 m ó a 0.50 m de equidistancia.3 Un plano con los perfiles y secciones transversales a lo largo del eje de las aeropistas, calles de

rodaje, plataforma, etcetera.4 Datos de precipitación pluvial en la zona y condiciones climáticas.5 Estudio de las características de los materiales que forman el subsuelo de la zona.

Debido a que existe una fuerte diferencia con relación a la cantidad de agua que debe ser desalojada según se emplee una u otra de las fórmulas conocidas, la experiencia local y un buen criterio deben ser siempre aspectos que deben jugar un papel importante.

Para calcular el escurrimiento superficial en los aeropuertos se empleará nada más el método de la Armco por creer que es el más adecuado, de fácil aplicación y que ha sido experimentado con muy buenos resultados por más de 25 años. El método aplica la fórmula siguiente:

Q = AIR / 36f

En la que:Q = Volumen en m3/seg de escurrimiento del área A.A = Área a drenar en hectáreas.I = Factor de impermeabilidad o de escurrimiento superficial.R = Precipitación pluvial en centímetros por hora, medida durante una hora.f = Factor de compensación por pendiente, y que a la vez afecta al tiempo de concentración (Este factor tiene los valores siguientes: Para pendientes menores a 0.5 %, f = 3, para pendientes de 0.5 % a 1 %, f = 2.5 y para pendientes mayores de 1 %, f = 2 ).

Como generalmente las pequeñas áreas parciales de drenaje de los aeropuertos presentan la misma pendiente, aproximadamente, se puede entonces escoger el valor de f con bastante aproximación.

Supóngase que se quiere calcular el escurrimiento en un aeropuerto conociendo que: Área de drenar = A = 4 Ha, Factor de escurrimiento = I = 0.20, Precipitación pluvial = R = 5 cm/hora y Declive promedio del terreno = 0.2 % por lo que f = 3.

Sustituyendo a la ecuación anterior podemos decir que Q = ( 4 * 0.2 * 5 ) / ( 36 * 3 ) = 0.037 m3 / seg

Se verá ahora el caso de que se quisiera calcular el diámetro de los tubos combinados para drenar una aeropista pavimentada con pendiente transversal de 0.05%, con ancho de 30 m y longitud de 8.50 m, la precipitación pluvial de 5 cm/hora en una hora, factor de escurrimiento I = 0.9 y pendiente del tubo de 0.005.

Primeramente encontramos el área por drenar que esta dada por A = 30 * 8.50 = 25.500 m2 = 2.55 Ha, enseguida el escurrimiento superficial Q = ( 2.55 * 0.9 * 5 )/ ( 36 * 3) = 0.10625 m3/seg, a continuación el Q1 = O.10625/850 = 0.000125 m3/seg/m de tubería.

131


Ahora bien, según la fórmula e Manning, para una pendiente de 0.5% = 0.005 y un coeficiente n de 0.021, un tubo de 25 cm de diámetro llevará 0.09 m3/seg, y uno de 30 cm llevará 0.14 m3/seg. Así pues, el total de metros lineales de tubo de 25 cm que se usará al principio de la línea será igual a 0.0000125 * D = 0.09

Donde D = 0.09/0.000125 = 720 m de tubo de 25 cm de diámetro

El resto de la tubería, o sea 850 -720 = 130 m, de la línea será de tubo de 30 cm de diámetro, ya que puede descargar 0.14 m3/seg, mientras que la cantidad total calculada a recibir es de 0.10625 m3/seg.

En cuanto al drenaje subterráneo en los aeropuertos, como el sistema de drenaje se proyecta para dar salida al agua de la superficie de una a tres horas después del aguacero, normalmente no se necesita aumentar la capacidad del sistema de drenaje superficial para recibir también el agua subterránea cuando se usen drenes combinadas. Figura 2.53.

FIGURA 2.53 Configuración en planta y corte del drenaje de un aeropuerto

Pavimentos en aeropuertos

Los pavimentos aeroportuarios se construyen para soportar las cargas impuestas por el avión que utilice el aeropuerto y producir una superficie suave, adecuada para cualquier condición meteorológica. Los pavimentos se dividen en general en dos tipos: flexible y rígido.

En los primeros una carpeta asfáltica proporciona la superficie de rodamiento; las cargas de los aviones hacia las capas inferiores se distribuyen por medio de las características de fricción y cohesión de las partículas de los materiales; y la carpeta asfáltica se pliega a pequeñas deformaciones de las capas inferiores sin que su estructura se rompa.

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CORTE TRANSVERSAL DE PISTA Y DRENES

PLANTA DRENES

132


En lo contrario la superficie de rodamiento de un pavimento rígido es proporcionada por losas de concreto hidráulico las cuales distribuyen las cargas de los aviones hacia las capas inferiores por medio de toda la superficie de losa y de las adyacentes, que trabajan en conjunto con la que recibe directamente las cargas.

Proyectar el pavimento de un aeropuerto no es lo mismo que proyectar el de una carretera, pues existen algunas variantes como las cargas máximas de los aviones, las cuales son hasta diez veces mayores que las cargas máximas de los vehículos que operan en carretera; además, el número de vehículos que transitan en estas vías terrestres pueden ser del orden de 8000 por día, mientras que las pistas de aeropuertos reciben hasta 20 000 aviones durante su vida útil.

Por otro lado, la variabilidad de la posición de los vehículos en carreteras es mucho menor que la que se tiene en las pistas de los aeropuertos, por lo que el tránsito de un vehículo en aquéllas se considera como un cubrimiento en el ancho del carril (Figura 2.54.a), mientras que en el caso de pistas aéreas, de 3 a 8 operaciones de los aviones se consideran como un cubrimiento en el ancho de la pista (Figura 2.54.b). Es por eso que, en las carreteras es factible tener una misma estructuración del pavimento por varios kilómetros. A pesar de ello, en los aeropuertos las plataformas, las cabeceras de las pistas, el cuerpo de éstas y las calles de rodaje pueden tener diferente estructuración, pues las dos primeras reciben los mayores esfuerzos y, por lo tanto, podrán construirse con mayores espesores y hasta con otro tipo de pavimento; así, las plataformas y las cabeceras pueden ser de pavimento rígido y el resto de tipo mixto.

FIGURA 2.54 Fotografías en la que se nota la variabilidad de la posición de los vehículos a) carreteras y b) aeropuertos

Por ultimo, cuando los pavimentos flexibles o rígidos están apropiadamente diseñados y construidos, cada tipo proporcionará un pavimento aeroportuario satisfactorio. Sin embargo, se ha comprobado que algunos tipos específicos son útiles en aplicaciones específicas: los pavimentos rígidos se recomiendan para áreas sujetas a un considerable derrame del combustible en las posiciones de operación o de servicio en plataformas; un pavimento flexible de bajo costo es adecuado para estabilizar un área sujeta a la erosión del chorro de los aviones.

En la practica, el cálculo del espesor de los pavimentos flexibles se hace uso del valor relativo de soporte modificado (V.R.S.) de las terracerías, este valor se obtiene, haciendo uso de las curvas que se muestran en la figura 2.55 y con las indicaciones en ella anotadas.

Y para el cálculo del espesor de las losas de concreto hidráulico se emplea la fórmula del Dr. Westergaard modificada por el Dr. Gerald Pickett. Para el caso de los pavimentos construidos con losas de concreto hidráulico el criterio de diseño adoptado por las autoridades está basado, en términos generales, en el procedimiento indicado por la Asociación del Cemento Pórtland.

a) POCA VARIABILIDAD DE LA POSICION DE LOS VEHICULOS A LO ANCHO DE LOS

CARRILES

b) GRAN VARIABILIDAD DE LA POSICION DE LOS AVIONES EN LAS PISTAS, PRINCIPALMENTE DURANTE EL ATERRIZAJE

133


Se ha optado por la construcción de pavimentos de concreto simple, tanto por su facilidad de construcción como porque el acero de refuerzo no reduce en forma substancial su espesor, es decir no se justifica desde el punto de vista económico. Las hipótesis en las que se basa el procedimiento de diseño son las siguientes:

1 La reacción en cualquier punto del suelo de cimentación es proporcional a la deflexión de cualquier punto de las losas del pavimento.

2 El suelo de cimentación es un sólido semi infinito, homogéneo, isótropo y elástico3 La carga de las aeronaves se considera aplicada en el centro geométrico de una losa de grandes

dimensiones, puesto que se considera que las juntas interiores proporcionan la transferencia de carga adecuada a todas las losas adyacentes y las losas localizadas en los bordes no son críticas en los pavimentos de una aeropista

Para determinar el espesor de un pavimento rígido es necesario conocer:

1 Las características de la aeronave de diseño: Peso máximo al despegue Distribución de la carga en los trenes de aterrizaje. Geometría de los trenes de aterrizaje. Presión de las llantas. Área de contacto por rueda.

Estas características están resumidas en la tabla 2.24.

FIGURA 2.55 Curvas para el cálculo de pavimentos flexibles usando el V.R.S.

134


2 Las características del concreto por emplear: Módulo de resistencia a la tensión por flexión: Se ha estimado conveniente considerar en la generalidad de los casos un valor de 49.5 kg/cm2 a los 90 días de edad, tratando de equilibrar tanto la facilidad de elaboración como la alta calidad.

Módulo de elasticidad: Para el parámetro anterior se supone un módulo de elasticidad de 350,000 kg/cm 2. El error que puede introducirse por causa de esta suposición es de poca importancia. Módulo de Poisson: Se supone un valor de 0.15 para este parámetro.

3 Las características de la capa subrasante: Módulo de reacción: Medida como la presión necesaria para producir una deformación unitaria en un suelo, la cual debe determinarse mediante el procedimiento de prueba respectivo directamente sobre la capa subrasante ya construida; por tal motivo se hace necesario efectuar una suposición previa, empleando pruebas de laboratorio más simples como la del C.B.R.

4 Las zonas de la aeropista por diseñar: Factor de seguridad: De acuerdo con el criterio establecido por la Asociación del Cemento Pórtland y las autoridades han seleccionado los siguientes factores de seguridad, según la zona de la aeropista por diseñar, tabla 2.22.

ZONA FACTOR DE SEGURIDAD

Plataforma, calles de rodaje, cabeceras, áreas de abastecimiento de combustible e InterseccionesPorción central de pistasFajas laterales de pistas

1.71.41.3

TABLA 2.22 Factores de seguridad para diferentes zonas de aeropista

El procedimiento de diseño está basado en el análisis teórico desarrollado por el Dr. G. Picket usando las ecuaciones básicas del Dr. H. M. Westergaard.

Empleando el método antes mencionado se han preparado los nomogramas que se muestran en la figura 2.56, los cuales simplifican en grado sumo los problemas de diseño de pavimentos rígidos. Es necesario aclarar, sin embargo, que sólo son válidas para los parámetros considerados y para módulos de resistencia a la tensión por flexión del concreto de 49.5 kg/cm2, a los 90 días de edad.

El espesor de las losas de concreto de un pavimento rígido se determina, una vez que se ha elegido el factor de seguridad correspondiente, dividiendo el módulo de ruptura a flexión entre dicho factor de seguridad; trazando una horizontal con el valor obtenido se intersecta la curva correspondiente al módulo de reacción de la capa subrasante, incrementando en un 10% por efecto de la capa de subbase; desde el punto de intersección encontrado se traza una recta vertical y se intersecta la curva que corresponde al peso total de la aeronave de diseño y, finalmente, se traza una horizontal para encontrar, en la escala vertical del lado derecho, el espesor requerido.

135


TIPO DE AERONAVE

P. MAX.(ton)

DISTRIBUCION DE LA CARGA (ton)

P. LLAN.(psi)

A. CONT.x RUEDA

(cm2)

GEOMETRIA DEL TREN DE ATERRIZAJE PRINCIPAL (cms)

NARIZ T. P. m n I w C R O Q U I S

DC - 8

158 7.9 150.1 182

1475 76 140 53 31.8

136 6.8 129.2 156

113 5.7 107.3 110

BOENING727

73 3.6 69.4 160

1520 86 ---- 54 32.064 3.2 61.8 139

54 2.7 51.3 119

P.MAX = Peso máximo al despegue; T.P. = Tren principal;; P. LLAN. = Presión de las llantas; A. CONT. X RUEDA = Área de contacto por rueda

TABLA 2.23 Características de las aeronaves de diseño

FIGURA 2.56 Curvas para diseño de pavimento de concreto par el boing – 727 y el douglas DC – 8

En todo pavimento de concreto deben construirse juntas con el fin de controlar los agrietamientos transversales y longitudinales, debido a los cambios volumétricos del propio concreto y a los efectos combinados de las cargas y del alabeo o comba restringida.

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W

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ES

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OR

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kg/cm3 = 36.16 16 plg3

1.0 cm2 = 0.155 pulg2

BOING - 727 DOUGLAS DC - 8E

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136


Las juntas y el refuerzo que se usan en los pavimentos de aeropuertos son similares a los de carreteras, excepto que se utilizan losas más anchas y pasa juntas (espigas) más grandes en pavimentos gruesos. Las juntas constructivas longitudinales son con pasa juntas machihembradas o articuladas (a tope o machihembradas).

Las juntas longitudinales de expansión son aconsejables en las intersecciones de pistas de despegues y rodajes y junto a las estructuras. Donde no sean apropiados los pasajuntas, se puede utilizar un borde engrosado.

Las juntas transversales de contracción están separadas de 15 a 25 pies esto es unos 5 a 7.5 metros, en pavimentos no reforzados. Las juntas transversales de expansión no se usan en general, excepto en intersecciones. Se utilizan espigas a través de las juntas de expansión y también a través de las juntas constructivas en algunos diseños. Las varillas o el refuerzo embebido se continúan a través de ciertas juntas longitudinales de contracción y de juntas machihembradas de construcción para mantener en estrecho contacto las caras de las losas.

Las juntas de construcción entre tramos de pavimentos son machihembradas, con pasajuntas (espigas) o articuladas. Los diámetros de los pasajuntas varían desde: ¾ pulg. para las losas de 6 a 7 pulg. de espesor, hasta 2 pulg. en losas de 21 a 24 pulg. La longitud normal de los pasajuntas es de 18 a 24 pulg. y la separación es de 12 a 18 pulg. de centro a centro.

Es deseable reforzar el pavimento para controlar las grietas y su instalación debe seguir las prácticas de diseño y construcción más recientes. Los pavimentos rígidos para aviones ligeros (con pesos de 12 500 lb o menos) deben ser de por lo menos 5 Pulg. de espesor. Para aviones entre 12 500 Y 30 000 lb, el pavimento rígido debe ser de por lo menos 6 Pulg. de espesor. Todas las áreas pavimentadas se deben considerar como áreas críticas.

Recubrimiento de pavimentos: El objeto de recubrir un pavimento es su restauración. Puede aplicarse un recubrimiento sobre un pavimento que ya no pueda mantenerse satisfactoriamente, o para mejorar las características de soporte a la carga de un pavimento satisfactorio que vaya a recibir aviones más pesados que aquellos para cuya carga fue originalmente diseñado. Los recubrimientos flexibles comprenden una capa base y una carpeta bituminosa. Los recubrimientos rígidos incluyen una capa de concreto de cemento Pórtland. Los recubrimientos bituminosos o asfálticos consisten por completo en concreto bituminoso. Según el caso, las cualidades del pavimento existente deben investigarse plenamente y diseñarse el recubrimiento para obtener un pavimento capaz de manejar el tráfico requerido.

137

ELEMENTOS QUE INTEGRAN UN PUERTO Y ESTUDIOS REQUERIDOS

PUERTOS

POR PROTECCIÓ

NREQUIEREN

DE

PARA SU CREACIÓN

SEREQUIERE

DE

INFRAESTRUCTURA

PORTUARIA

MALECONES

ROMPEOLAS

ESCOLLERAS

ESPIGONESCANAL

DEENTRAD

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CONSTRUCCIÓN

PARALELA DELA COSTA

SOBRESALE DE

LA COSTA A

PROTEGER

PROTEGE UNA

PLAYA OCARRETER

A

ES UN ROMPEOLA

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O

ESTUDIOSECONÓMICOS

ESTUDIOS

FÍSICOS

PROYECTO

CONSTRUCCIÓN

PARA

CON ESTUDIO

S PREVIOS

SUBSANAR DEFICIENCIASAMPLIAR INSTALACIONESJUSTIFICACIÓN DE LA CREACIÓN

METEOROLÓGICOS

OCEANOGRÁFICOS

GEOLÓGICOS

SONDEOS GEOLÓGICOSLEVANTAMIENTOS TOPOGRÁFICOS A DETALLECONOCIMIENTO DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

PORADMÓN...

PORADMÓN...

AGUASPROFUNDAS

AGUASPOCO

PROFUNDAS

OLEAJECORRIENTESMAREAS OLEAJE

CORRIENTESMAREASPROCESOS LITORALESFENÓMENOS

Tecnología del Transporte 42


2.4.-Transporte fluvial o marítimo

Como sistema el transporte marítimo o fluvial se considera como un sistema en el que los vehículos son soportados y guiados por agua ya sea mares o ríos. La movilidad que presenta es de baja velocidad pero su capacidad es muy alta por transportador. La eficiencia es generalmente muy alta por los bajos costos y poco consumo de energía, su seguridad es variable como en el caso marítimo ya que no se puede asegurar al 100% la llegada del viaje debido a la naturaleza por donde circula.

Su servicio es aplicable para pasajeros y carga, pero el servicio de carga es más utilizado debido a la necesidad del intercambio comercial. El barco es el medio más adecuado para transportar mercancías de gran volumen y peso a grandes distancias con fletes relativamente bajos. Para el tránsito de las personas se utiliza más la vía aérea por ser el más rápido pero el barco se usa para cruceros, es decir viajes de placer.

Su ubicación regularmente son rutas directas y es de accesibilidad limitada por la disponibilidad de mares y ríos navegables y puertos seguros.

Entre los atributos más sobresalientes son capacidad para transportar, el bajo requerimiento de energía y poca contaminación atmosférica. Además de que los grandes flujos de circulación marítima enlazan importantes ciudades como América, Europa Occidental, Japón y el Sudeste asiático.

Algunos de los componentes que abarcan este sistema de transporte son: los puertos que son lugares de transacciones o de ruptura de carga y que están constituidos de complejas instalaciones para operaciones de carga y descarga, y los contenedores y barcos como medios de esas operaciones.

A los puertos se les puede clasificar como se sugirió en el capitulo I, pero al mismo tiempo estos pueden ser como naturales, seminaturales o artificiales; y como puertos de abrigo, militares o comerciales. Además que los puertos comerciales pueden ser públicos o privados.

1 Un puerto natural es una caleta o área acuática protegida contra las tormentas y las olas por la configuración natural del terreno. Su entrada está formada y localizada de tal manera que facilite la navegación asegurando al mismo tiempo una comparativa calma dentro del puerto. Los puertos naturales se localizan en bahías, estuarios de marea y bocas de ríos. Puertos naturales bien conocidos son New York, San Francisco y Río de Janeiro.

2 Un puerto seminatural puede ser una caleta o un río abrigado en ambas orillas por cabos que requieren de protección artificial solamente a la entrada. Próximo a un puerto puramente natural, constituye el sitio más deseable para puerto, permaneciendo igual todo lo demás. Plymouth y Olerbourg aprovechan la ventaja de su ubicación natural para convertirse en puertos bien protegidos al añadirles rompeolas separados en las entradas.

3 Un puerto artificial es uno protegido contra las olas por medio de rompeolas o que se crea por dragado. Buffalo, New York; Matarani, Perú; Hamburgo, Alemania, y El Havre, Francia, son ejemplos de puertos artificiales.

4 Un puerto de abrigo puede usarse solamente como un asilo para los barcos en caso de tormenta o puede formar parte de un puerto comercial. Algunas veces un puerto exterior sirve como fondeadero, mientras que una dársena dentro del rompeolas del interior constituye un puerto comercial. Las características esenciales son un buen lugar para fondear y acceso fácil y seguro desde el mar durante cualquier condición meteorológica y estado de la marea. Puertos de abrigo bien conocidos son el de la Bahía de Sandy, cerca de Cape Ann, Massachusetts, y el de la boca de la Bahía de Delaware. Un buen ejemplo de una combinación de puerto de abrigo y puerto comercial existe en Dover, Inglaterra.

138

http://www.monografias.com/trabajos6/diop/diop.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/trabagenc/trabagenc.shtml


5 Un puerto militar o base naval da alojamiento a buques navales y sirve como depósito de suministros. Guantánamo, Cuba; Hampton Roads, Virginia, y Pearl Harbor, Hawaii, son algunas bases navales muy conocidas.

6 Un puerto comercial es aquél en el que los muelles están provistos de las instalaciones necesarias para cargar y descargar. Algunas veces tienen diques secos para reparar barcos. Muchos puertos comerciales son de propiedad privada y son operados por compañías representantes de las industrias del acero, el aluminio, el cobre, el petróleo, el carbón, la madera, los fertilizantes, azúcar, de la fruta, productos químicos y otras. En muchos países existen puertos controlados por el gobierno o bajo administración municipal, operados a menudo por autoridades portuarias y suelen ser parte de obras portuarias extensas, como en el caso de New York, Los Ángeles y Londres.

Entonces un puerto establecido es aquel donde existen instalaciones marinas terminales. Éstas consisten en muelles o desembarcaderos en los que pueden atrancarlos mientras cargan barcos o descargan, o suben o bajan pasajeros, cobertizos de tránsito y otras áreas de almacenamiento en donde esos barcos descargan la mercancía que llega, y almacenes en donde pueden almacenarse esas mercancías durante periodos más largos en espera de su distribución o vuelta a embarcar.

Además la Terminal debe estar comunicada con ferrocarril, carreteras o conexiones de vías acuáticas tierra adentro. A este respecto, el área de influencia del embarcadero alcanza una considerable distancia más allá del puerto. La figura 2.57 muestra el esquema de un puerto y sus posibles elementos.

Características de los barcos

Un barco es una embarcación para transportar mercancías o personas. Las dimensiones que integran a un barco son muchas pero las principales que interesan al ingeniero son: La eslora, que es la longitud máxima del barco, La manga, la cual es la anchura máxima del barco y El puntal, que es la altura media en el centro de la eslora, tal es el caso para determinar el tamaño de un muelle respecto al número y tamaño de las embarcaciones. La figura 2.58 muestra las diferentes dimensiones y componentes de un barco.

Sin embargo las demás dimensiones tienen relaciones importantes con diferentes partes de un puerto y con las leyes marítimas, por eso es imprescindible dejar de mencionarlas A continuación se presentan algunas dimensiones que componen comúnmente a un barco, así como la relación que tienen estas para el tonelaje de una embarcación

La eslora, manga y el calado de los barcos (profundidad que alcanza en el agua la parte sumergida de un barco) que usarán un desembarcadero tienen una relación directa sobre el diseño del canal de acceso, el puerto y las instalaciones de la Terminal marina. Las últimas también son afectadas por el tipo de buque, su área al viento y su capacidad o tonelaje. El calado de un barco, expresado con relación a su desplazamiento de agua como con carga o sin ella, es la profundidad de la quilla19 por debajo del nivel de agua para la condición particular de carga.

19 Pieza que va de proa a popa por la parte mas baja de un barco

139


01rompeolas; 02 malecón; 03 fanal; 04 embocadura o entrada; 05 remolcador; 06 defensa; 07 embarcadero; 08 almacén; 09 muelle de mercancías; 10 grúas; 11 ponton de desembarco; 12 muelle auxiliar; 13 oficinas portuarias; 14 faro; 15 taller; 16 astilleros; 17 instalación para impulsión o botadura; 18 dársena; 19 dique flotante; 20 dique de carenado; 21 arsenal; 22 rada

FIGURA 2.57 Partes que integran un puerto

El tonelaje20 de desplazamiento es el peso real del buque, o el peso del agua desplazada cuando está a flote, y puede ser con carga o sin carga. El desplazamiento con carga es el peso, en toneladas métricas, del barco y su contenido, cuando está plenamente cargado con la carga hasta la marca de Plimsoll, o línea de flotación con carga, pintada en el casco del propio barco (1 tonelada métrica = 2205 lb = 1000 kg). La marca de Plimsoll, usada en los barcos británicos, y la línea de flotación con carga, por lo común usada en los barcos de Estados Unidos, designan la profundidad hasta la que, de acuerdo con las leyes marítimas, puede cargarse un barco en diferentes masas de agua, durante las diversas estaciones del año. El desplazamiento sin carga es el peso, en toneladas métricas, del barco sin cargamento, combustible ni provisiones.Tonelaje de peso muerto es la capacidad de carga de un barco, en toneladas métricas, y la diferencia entre el desplazamiento sin carga y el desplazamiento con ella hasta la marca de Plimsoll o la línea de flotación. Es el peso del cargamento, combustible y provisiones que lleva un barco cuando está cargado hasta la línea de flotación, distinguiéndose de cargado hasta la capacidad de espacio.

Este tonelaje varía con la latitud y la estación del año. También depende de la salinidad del agua debida al efecto de la temperatura y la salinidad sobre la densidad y el empuje del agua en la que el buque está operando. A menos que se indique lo contrario, el tonelaje de peso muerto es la media del peso muerto tropical, de verano y de invierno. El tonelaje de peso muerto se indica por peso y el tonelaje bruto por medida de volumen; ambos indican capacidad de carga.Los barcos se registran con el tonelaje bruto o neto en unidades de 100 pies3(1 tonelada métrica= 100 pies3). El tonelaje bruto es la capacidad cúbica interna completa de un barco y el tonelaje neto es el tonelaje bruto menos el espacio destinado a la tripulación, la maquinaria, la sala de máquinas y el combustible.

20 Capacidad de una embarcación

140


El tonelaje de carga o de flete, una expresión comercial, es la base del flete. Este tonelaje se puede medir en peso o en volumen. Cuando 40 pies, pesa 1 ton o menos, la tonelada de flete (2205 lb; 1000 kg) es de 40 pies3. No obstante, si el cargamento pesa más de 1 ton/40 pies3, el tonelaje de flete es el peso real del cargamento. La mayor parte del flete marítimo se acepta con base en peso o en volumen, como opción de la compañía transportadora. Por lo común, cualquiera de los dos tipos de medida da lugar a los máximos controles del beneficio. Por ejemplo, si la tarifa es de 1 dólar/pies3, o sea, 2 dólares/100 lb, 1 ton de flete en eso costaría 44.10 dólares y 1 ton en media (40 pies 3) costaría 40 dólares. Sin embargo, si el paquete midiera 40 pies3 y sólo pesara ½ ton, la carga por media todavía sería de 40 dólares, aun cuando en peso sólo equivaldría a 22.05 dólares.

Un buque de altura común que pueda transportar un peso muerto nominal de 8000 toneladas de cargamento, combustible y provisiones tendrá un desplazamiento de más o menos 11500 toneladas, uno bruto de alrededor de 5200 ton y un neto de poco más o menos 3200 toneladas.Lastre (carga muerta que llevan los barcos) es el peso que se agrega a la bodega o los compartimentos de lastre de un barco para incrementar su calado después de que se ha bajado su cargamento y mejorar su estabilidad. Suele consistir en agua y se expresa en toneladas largas ( 1 tonelada larga = 1016 kg). En un buque tanque trasatlántico, un lastre de agua de mar reemplaza una cierta cantidad de petróleo, cuando el buque se descarga, en tanto que un buque para cargamento seco o para pasajeros tiene compartimentos separados para el lastre.

FIGURA 2.58 Características de los barcos

2.4.1.- Componentes de un puerto

El número y tamaño de los barcos que usa un puerto determinan en gran parte su tamaño, pero las condiciones existentes en el sitio también tienen una influencia importante. Generalmente, a no ser que el puerto sea natural, su tamaño será mantenido lo más pequeño posible por seguridad y para que tengan lugar operaciones razonablemente cómodos. El uso de remolcadores para ayudar a maniobrar los barcos para entrar en muelle también puede influir en el tamaño del puerto.

1 Dársenas de maniobra o ciaboga: Una dársena de maniobras o ciaboga es un área de agua dentro de un puerto o el agrandamiento de un canal para permitir la maniobra de un barco. Cuando se dispone de espacio, el área debe de tener un radio, por lo menos, del doble de la eslora del barco para permitir la maniobra libre o con la ayuda de remolcadores, si lo exigen las condiciones del viento y del agua. Cuando el espacio está limitado, el barco se puede maniobrar a la punta de un muelle o poste de amarra, con o sin el uso de sus cabos. En esos casos, la dársena de maniobras será mucho más pequeña y de forma más triangular o rectangular. El diámetro mínimo debe de ser por lo menos 20% mayor que la eslora del barco más grande que debe maniobrarse. El área mínima usual de un puerto es el

CORTE A-A’ PLANTA

141


espacio requerido para los muelles más una dársena de maniobras al frente de ellos. En algunas disposiciones, cuando se maniobra un barco espiándolo la punta del muelle o poste de amarra, el puerto puede ser incluso más pequeño. Por ejemplo, un puerto pequeño con un solo muelle y dársena de maniobras y un largo canal de acceso desde el mar abierto como el de la figura 2.59.a puede alojar dos barcos de 500 pies. Este puerto artificial puede formarse dragando un canal por aguas poco profundas, protegidas por escollos e islas cercanas a la costa y agrandando el extremo cercano a la orilla para proporcionar el área mínima del puerto que satisfaga los requisitos de navegación especificados para el proyecto. Al dejar su amarradero, un barco debe espiarse por sí mismo en tamaño al extremo del muelle de manera que no tenga que dar marcha atrás a través del largo canal de acceso. Otro tipo de puerto, menos restringido, es casi cuadrado, protegido por dos brazos de rompeolas, con una abertura. El puerto tiene varios muelles y una dársena de maniobras con un área suficiente para inscribir un círculo de manipular con un radio igual a por lo menos el doble de la de la eslora del barco más grande. Éste es el radio más pequeño en el que un barco puede maniobrar cómodamente, en avance continuo, sin la ayuda de un remolcador. En la figura 2.60.b se muestra un puerto como éste.

FIGURA 2.59 Puertos artificiales a) puerto pequeño y b) puerto de tamaño medio

2 Rompeolas: Se requieren los rompeolas para la protección de los puertos naturales y seminaturales. Su localización y extensión dependen de la dirección de las olas máximas, de la configuración de línea costera y del tamaño mínimo del puerto requerido para el tráfico anticipado en el desembarcadero. Pueden consistir en dos brazos hacia afuera del litoral, más un solo rompeolas más o menos paralelo a la costa, suministrando de este modo dos aberturas hacia el puerto; o bien, el puerto puede estar protegido con un solo brazo hacia afuera la costa, o, de otro modo, el puerto puede estar protegido por dos brazos que convergen cerca de sus extremos mar adentro y que se traslapan para formar una entrada protegida a ese puerto. La selección de la disposición más apropiada de los rompeolas depende principalmente de la dirección de las olas máximas.

3 Embocadura o entrada a los puertos: Es la entrada por donde los barcos pueden penetrar a un puerto, para reducir la altura de las olas dentro del puerto, las entradas no deben ser más anchas de lo necesario para tener una navegación segura y para evitar las corrientes peligrosas cuando entra y sale la marea. El ancho de la entrada debe de estar en proporción al tamaño del puerto y de los barcos que lo utilizan. En general, los siguientes anchos será satisfactorios: puertos pequeños, 300 pies; puertos medianos, 400 a 500 pies y puertos grandes, 500 a 1000 pies. Cuando la entrada está entre rompeolas con caras inclinadas, el ancho se mide en la profundidad requerida del puerto o

a) PUERTO PEQUEÑO CON UN SOLO MUELLE Y DÁRSENA DE MANIOBRAS Y UN LARGO CANAL DE

ACCESO

b) PUERTO DE TAMAÑO MEDIO CON DARSENA DE MANIOBRAS DE TAMAÑO

TOTAL

142


el canal debajo de la marea baja. En consecuencia, las entradas serán considerablemente más anchas que lo recomendado al nivel de la marea baja. En tales casos, es aconsejable señalar la profundidad total del puerto en la entrada con boyas, colocándose una o más a cada lado de la entrada del canal. La entrada debe de estar si es posible del lado de sotavento del puerto. Si la entrada debe localizarse del lado de barlovento, los rompeolas deben traslaparse de manera que los buques pueden pasar por la entrada restringida y tengan la libertad de girar con el viento antes de ser golpeados en el costado por las olas. También el interior del puerto se protegerá contra las olas. Cuando la entrada a un puerto no está obstruida, las olas de tormenta provenientes del mar pasan por la abertura hacia el puerto. A menos que sean reflejadas por una superficie vertical, disminuirán gradualmente en altura conforme se alejan de la entrada y el puerto se ensancha en relación con el ancho de esa entrada. Las pruebas con modelos darán una indicación de las condiciones del oleaje y son esenciales para el estudio de diversas disposiciones de los rompeolas para los puertos importantes.

4 Malecones: Un malecón es un relleno, por lo general de roca, que se extiende hacia afuera de la costa. Los taludes del malecón se protegen contra la erosión usando pedriscal o recubrimiento de roca. A la superficie superior del relleno se le da el ancho suficiente y se nivela para dar lugar a las instalaciones requeridas para dar servicio al atracadero, como carretera, acera, vías de ferrocarril, instalaciones de servicio público, tuberías y transportador figura 2.60.

FIGURA 2.60 Malecón de roca, mostrado en sección transversal, tiene corazón de roca y taludes revestidos

En general, resulta más económico usar un malecón en lugar de un puente de caballetes hacia afuera de la orilla, hasta donde la profundidad del agua es de alrededor de 10 pies, pero debe contarse fácilmente con el material apropiado para el relleno y la parte superior del malecón no debe de estar arriba de la altura normal de 12 a 15 pies arriba de la marea baja; es decir, la altura máxima del malecón no debe de ser mayor de poco más o menos 25 pies. Se debe tener presente que de 8 a 10 pies es más o menos la profundidad mínima del agua en el que el equipo flotante puede operar con seguridad; por lo tanto, si debe construirse un puente de caballetes en agua menos profunda, se tendrá que hacer por el método elevado. Los malecones deben de construirse con taludes estables, protegidos con recubrimiento de roca de un tamaño que depende del grado de exposición. El relleno interior o corazón, a menos que se trate de un área muy protegida, debe de ser de roca tal como sale de la cantera, de modo que no se las lleven las olas y marejadas antes de que puedan protegerse de manera apropiada.

5 Dique: Un dique es un muro artificial para contener las aguas, Estos muros son controlados principalmente por consideraciones geotecnicas. Algunas consideraciones a tomar en cuenta son: el potencial de deslave en la base del muro (debido a la acción de las olas) y la acción de bombeo inducida por las olas en los sellos inadecuados de las juntas. La figura 2.61 muestra el esquema de un dique.

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FIGURA 2.61 Esquema de un dique

Tipos de estructuras de amarre para los barcos

Las instalaciones para amarre de los barcos son los elementos principales de los puertos establecidos y los puertos en general. Estas instalaciones incluyen los muelles, los embarcaderos, los muros de contención, los atracaderos, los norayes, los amarraderos fijos y los amarrazones en posiciones fijas para sujetar los cabos de amarre de un barco. Los accesorios para estas instalaciones incluyen defensas para la absorción del impacto del barco durante su amarre o salida, puentes de caballetes, andenes, bitas, bolardos, cornamusas, cornamusas de guía, garfios y cabrestantes.

Un muelle, en general, es una estructura marina para amarrar los buques, cargar y descargar estos o embarcar y desembarcar pasajeros. A menudo a los atracaderos, los embarcaderos, los muros de contención y, en Europa, a los malecones y los muros de muelle, se les llama muelles. También en Europa, donde se tienen grandes variaciones en el nivel de las mareas, un muelle se considera comúnmente un dique artificial para los buques y se le conoce como dique flotante. Cuando el agua se bombea para extraerla, se denomina dique seco.

Un embarcadero es un muelle que corre paralelo a la costa. En general, está contiguo a la costa, pero no necesariamente puede ser así. Un muro de contención o muro de muelle, aun cuando similar a un embarcadero, y a menudo se le da ese nombre, está respaldado por terreno; el nombre proviene de la naturaleza propia del terreno de sostén o apoyo que está detrás de él.

En muchos lugares, en donde se van a construir plantas industriales adyacentes al transporte acuático, el terreno es bajo y cenagoso; por lo tanto, es necesario rellenarlo. Con frecuencia se obtiene el relleno por el dragado de las vías acuáticas adyacentes, creando un canal o puerto navegable a lo largo de la propiedad. Para retener el terreno construido, el cual ahora tendrá una elevación mucho mayor a lo largo de la vía acuática, suele instalarse un muro de contención. Este muro, o parte de su longitud, se puede usar como un embarcadero para atracar buques, si se añaden accesorios para el amarre, pavimentación e instalaciones para el manejo y el almacenamiento de los cargamentos. Entonces se le conoce como embarcadero de muro de contención. Ver figura 2.62.

144


FIGURA 2.62 Embarcadero del tipo macizo, con muro de contención, construido de cajones de concreto rellenos con roca y fondo cerrado

Un atracadero es un muelle que sale hacia el agua. A veces se le menciona como malecón. Cuando se le construye en combinación con un rompeolas, se le denomina atracadero rompeolas. A diferencia de un embarcadero, que se puede usar para atracar sólo en uno de sus costados, los barcos pueden usar un atracadero en ambos costados. Pero se tienen casos en donde sólo se usa uno de los costados, debido a las condiciones físicas del sitio o a la falta de necesidad para contar con espacio adicional para atracar.

Un atracadero puede estar más o menos paralelo a la costa y conectarse con ella por medio de un malecón o un puente de caballetes, por lo general formando ángulos rectos con el atracadero. En este caso, es común mencionar el atracadero como en T o en forma de L, dependiendo de si el acceso está en el centro o en el extremo. Figura 2.63.

FIGURA 2.63 Atracadero para dos barcos el cual lleva cobertizo de transito que proporciona 90 000 pies2 de área de piso por atracada

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Los norayes son estructuras marinas para amarrar barcos. Comúnmente se usan en combinación con los atracaderos y los embarcaderos para acortar la longitud de estas estructuras. Estos postes de amarre constituyen una parte principal del tipo de instalación de amarradero fijo que se usa extensamente en las instalaciones de carga y descarga de material a granel. También Se usan para amarrar barcos y para transferir cargamentos entre barcos amarrados a lo largo de los dos costados de estos postes. Existen dos tipos de norayes: de banda y de amarre.

1 Los norayes de banda, que suelen ser los más grandes de los dos tipos, están diseñados para absorber el impacto de un barco al atracar y para sostener éste contra un viento de costado. Al mismo tiempo estos son flexibles o rígidos. Figura 2.64. Por lo tanto, cuentan con defensas para absorber el impacto y para evitar que el noraye y el barco reciban daños. Estos norayes de banda suelen tener bolardos o postes de amarre para recibir los cabos de amarre del barco, en particular los cabos para mover éste a lo largo del muelle o para sostenerlo contra la corriente. Estos cabos no son muy eficaces en una dirección normal al muelle, en particular cuando el barco es ligero.

2 Para sostener un barco contra un viento de costado que sopla en una dirección que lo aleja del muelle, debe contarse con norayes adicionales, cerca de la proa y de la popa, a cierta distancia detrás del costado del muelle. Éstos se conocen como norayes de amarre. No están diseñados para recibir el impacto del barco, ya que están alejados del costado del muelle, en donde no serán golpeados. Si se van a usar dos norayes de amarre, deben de ubicarse a más o menos 45º de la proa y de la popa y dejar que los cabos sean de no menos de 200 pies de largo ni de más de 400 pies. Los barcos más grandes pueden requerir dos norayes adicionales, hacia proa y hacia popa. Estos norayes suelen colocarse de modo que los cabos de amarre queden normales al muelle, lo que los hace más eficaces para sostener el barco contra un viento hacia afuera de la costa. Estos norayes cuentan con bolardos o postes y con cabrestantes, si se van a manejar cabos pesados. Por lo general, la tracción máxima no debe ser mayor de 50 tons en un solo cabo, o de 100 tons sobre un solo bolardo, si se usan dos cabos.

Un amarradero fijo es una estructura marina que consta de norayes para asegurar un barco y una plataforma para soportar el equipo de manejo de carga. La plataforma suele colocarse de 5 a 10 pies hacia atrás del costado de los postes, de modo que el barco no entre en contacto con ella. Por lo tanto, la plataforma no tiene que diseñarse para absorber el impacto del barco al atracar. Los amarraderos cercanos a la costa para barcos constan de amarrazones colocados en posiciones fijas para que se sujeten los cabos de un barco. Cada unidad de amarrazón consta de una o más anclas con cadena, poste hundido y boya, a los cuales se sujeta el cabo del barco. Estas unidades de amarre suelen ubicarse de modo que reciban los cabos de proa y de popa y, si el barco es grande, una o más cabos de banda. Para algunos amarres, en donde el viento sopla en una dirección, el barco puede usar su propia ancla de proa y se puede omitir el amarrazón de ese extremo.

FIGURA 2.64 Norayes flexibles típicos de pilotes de madera en grupos de 3,7 y 19 pilotes

GRUPO DE 3 PILOTES

GRUPO DE 7 PILOTES

GRUPO DE 19 PILOTES

146


2.4.2.- Proyecto de un Puerto

A continuación se describe, en forma sistemática, la secuela que se sigue para la creación de un nuevos puerto y que, en lo correspondiente es aplicable a obras de ampliación y mejoramiento de instalaciones existentes.

Estudios económicos: Para detectar las necesidades económicas se requiere, en primer término, conocer plenamente el estado actual, desde el punto de vista portuario, de la región considerada. Para ello se recopilan todos los datos estadísticos de los productos significantes que se manejarán en el puerto, tanto en lo relativo a volúmenes y a origen y destino, como en cuanto a instalaciones para el transporte y manejo de los mismos. Esto último incluye el conocimiento de los servicios actuales de ferrocarriles, caminos y puertos, así como de almacenajes, patios, equipo y sistemas mecanizados. A continuación se necesita analizar los sistemas de operación de las mencionadas instalaciones. Una vez procesados los datos estadísticos y analizados los sistemas de operación de las instalaciones, se tendrán los elementos primarios que permitan determinar las necesidades que deben cubrirse de inmediato. Asimismo los estudios de la proyección a futuro, tanto de los productos significantes como de aquellos que formen parte de los planes de desarrollo agrícola, industrial, minero, etc., permiten determinar las necesidades que deben cubrirse en forma mediata. Con lo anterior podrán establecerse las diversas alternativas para cubrir las necesidades actuales y futuras que pueden por lo tanto traducirse en:

1 Subsanar deficiencias en los sistemas de operación.2 Ampliar instalaciones portuarias existentes.3 Justificar la creación de nuevos puertos.

Simultáneamente a la realización de los estudios económicos, surge la necesidad de tener un conocimiento completo de los aspectos físicos de los puertos existentes y de los puntos del litoral que representen posibilidades para el establecimiento de puertos nuevos.

Trabajos y estudios físicos de puertos existentes: El conocimiento, desde el punto de vista físico, de cualquier sitio de los litorales con objeto de mejorarlo y habitarlo para su operación como puerto marítimo es, en ocasiones, sumamente complejo, ya que no solamente implica el efectuar los levantamientos topográficos e hidrográficos que permitan representarlo en forma gráfica, sino que lleva aunado el obtener información que haga posible el estudio y el análisis de las condiciones del lugar para fines de navegación, atraque y operación como Terminal portuaria, ya sea en forma natural o al efectuar las obras que se requieran para ello. En forma breve los estudios que se llevan a cabo, entre otros son: 1 levantamientos aerofotogramétricos, 2 sondeos batimétricos, 3

medición de mareas, 4 registro de vientos locales, 5 estudios de vientos en áreas oceánicas, 6 estudios de oleaje en aguas profundas, 7 medición de planos de oleaje en aguas bajas, 8 medición de corrientes, 9 medición de temperaturas, 10 muestreo de materiales playeros, 11 estudios de procesos litorales, 12 exploraciones geológicas con fines de dragado, 13 estudio y muestreo de materiales de construcción existentes en la región, la determinación de fuentes de Abastecimiento de agua potable y energía eléctrica. En la figura 2.66 se muestran los estudios físicos mas utilizados en la ingeniería marítima, sin embargo se puede afirmar que si se dispone de tiempo suficiente es conveniente realizar estudios físicos completos adecuados, en lo contrario cuando el tiempo apremia se deben realizar al menos los estudios mínimos indispensables.

147


* Los estudios de procesos litorales tienen por objeto la investigación de: 1 origen y característicos de los materiales costeros; 2 forma y dirección

del transporte litoral y 3 relación entre abastecimiento y perdida de material

FIGURA 2.65 Estudios físicos que mas se utilizan en la ingeniería marítima

Cuando la complejidad del problema y la importancia de las obras a realizar lo requieren, se procede a su estudio experimental en modelo reducido. Mediante el análisis de todos los datos obtenidos y la interpretación de los estudios realizados se procede a la elaboración de diversos anteproyectos de obras de protección contra la acción del oleaje y los acarreos litorales, para elegir de entre ellos el proyecto definitivo. Este proyecto definitivo de las obras exteriores permite determinar la disposición de las obras interiores, así como las diversas etapas de desarrollo del puerto. Esto constituye el anteproyecto general del puerto, el que a su vez permite determinar en forma bastante aproximada la inversión que se requiere para llevarlo a cabo.

Proyecto: Cualquier instalación portuaria, por simple o compleja que sea, forma parte de un elemento de liga entre dos medios diferentes de transporte, y por lo tanto cualquier proyecto debe ser iniciado estableciendo su liga con las vías de comunicación terrestres existentes. El estudio detallado de estos elementos es lo que permite desarrollar los diseños urbanísticos mismos, tomando en cuenta además, su relación con la ciudad-puerto, en lo que se refiere a definir las reservas portuarias y áreas para desarrollos de zonas urbanas e industriales. Con lo anterior quedan definidas las dimensiones y localización de las diversas obras que se requieren, y por lo tanto es necesario llevar a cabo los estudios previos al diseño de las estructuras. Estos estudios son:

1 Sondeos geológicos2 Estudios de mecánica de suelos.3 Levantamientos topográficos de detalle.4 Conocimiento de los materiales de construcción a utilizarse en la obra.

Contando con los datos anteriores se procede a elaborar diversos anteproyectos que permiten seleccionar al "tipo de estructura más adecuado y así realizar el proyecto definitivo. Aprobado el proyecto se procede a la construcción.

METEOROLOGICOS

VIENTOSPRESIONES ATMOSFÉRICAS TEMPERATURAS LLUVIASCICLONES

GEOLOGICOS

MCANICA DE SUELOSMECANICA DE ROCASBANCO DE MATERIALESGEOFISICOSGEOLOGICOS DIVERSOS

OCEANOGRAFICOS

DE ESTOS SE TIENEN LOS DE AGUAS PROFUNDASOLEAJECORRIENTESMAREAS

Y LOS DE AGUAS POCO PROFUNDASOLEAJECORRIENTESMAREASPROCESOS LITORALES*FENOMENOS ESPECIFICOS

148


Características de vientos, olas, mareas y corrientes

El ingeniero que se ocupa de controlar la acción de las olas y corrientes producidas por el viento debe conocer, aunque sea rudimentariamente, lo referente a la naturaleza de los vientos.

Como el agua fluye de puntos de potencial más elevado a los de potencial más bajo21 en el aire potencial varía de uno a otro punto de la atmósfera, fundamentalmente, como consecuencia de las variaciones de la temperatura sobre la superficie de la Tierra y porque la densidad del aire cambia al hacerlo la temperatura, por lo que tres son los factores que se combinan para producir las distribuciones estaciónales de los vientos:

1 Las zonas tropicales, son calentadas por el Sol más directamente y por consiguiente más efectivamente que las regiones árticas. De aquí que en los trópicos, el aire caliente, más ligero, es desplazado por el aire frío, más pesado, que se desliza sobre la superficie de la Tierra desde las regiones polares. El aire caliente que se eleva circula hacia los polos por las zonas más elevadas de la atmósfera.

2 Como el agua absorbe más la luz solar que las masas terrestres, en verano el aire marítimo más fresco fluye hacia la Tierra donde se eleva al calentarse. En invierno el proceso se repite a la inversa.

3 Como la rotación de la Tierra alrededor de su eje de Poniente a Oriente impone la misma velocidad angular W a todos los puntos de la superficie, la velocidad tangencial Vt correspondiente varía desde su valor máximo en el Ecuador a cero en los Polos en proporción a la distancia radial Dr de modo que la velocidad tangencial es igual a:

Vt = W * Dr

Sin embargo, las distribuciones de los vientos dominantes indicadas, son de menor importancia en la ingeniería marítima que las excepciones a esta distribución producidas por los ciclones, porque bajo la acción de éstos los efectos de las olas alcanzan sus máximos valores para los que deben diseñarse las estructuras marítimas.

Los Ciclones: Una forma fácil de explicar la formación de los ciclones es mediante la analogía con el movimiento del agua. La velocidad media en una corriente de flujo laminar es notablemente inferior a las velocidades particulares en los remolinos que se forman detrás de un obstáculo al flujo general. Al abrigo de un obstáculo se forman pequeños remolinos que se desplazan aguas abajo. Cada uno de estos remolinos está caracterizado por una depresión crónica en la superficie del agua y esta disminución de energía de posición va acompañada de un incremento de la energía cinética, producido por la acción giratoria del eje vertical del remolino. En las corrientes de aire en la atmósfera pueden formarse remolino similares por la influencia de las masas terrestres calientes o por el rozamiento entre corrientes de aire vecinas, opuestas o, más directamente, por una zona de baja presión local de origen térmico. El diámetro de un remolino de este tipo puede ser de pocos metros o de cientos de kilómetros. Un tornado es un tubo de aire que gira a cientos de kilómetros por hora, pero el conjunto se desplaza, normalmente unos 80 km a una velocidad de 40 km/hr, como consecuencia de disturbios de tan pequeña extensión y corta vida.Sin embargo un ciclón, huracán o tifón (palabras empleadas para describir el mismo fenómeno) es también un movimiento giratorio del aire pero con un diámetro de cientos de kilómetros, las velocidades del viento pasan de los 160 km/hr, y el centro de la perturbación se desplaza a una velocidad quizás de 20 km/hr, y aunque ambos valores están por debajo de las velocidades correspondientes para un tornado, por la escala mucho mayor que la perturbación hace posible el crecimiento de olas marítimas destructoras.

21 El potencial indica la suma de altura, presión y velocidad

149


Origen de las Olas: Una fuerza tangencial sobre la superficie de un fluido viscoso tiende a arrugar la superficie del mismo. Esto se puede observar al rodar las llantas de los automóviles sobre un asfalto caliente. De igual manera, una brisa deslizándose sobre un mar en calma da lugar a la aparición, sobre la superficie lisa del agua, a pequeñas ondulaciones. De inmediato, estas ondulaciones sobre la superficie del agua provoca cambios en la corriente del aire que produjo las ondulaciones. Cada ondulación obstruye el flujo del aire y se forman pequeños remolinos de aire del lado de las ondulaciones situado en contra de la dirección del viento. Cada remolino es una región de baja presión del aire, a la diferencia de presión entre los lados de la ondulación. La pequeña ola que avanza continúa creciendo bajo la acción de un viento continuo de velocidad constante hasta que alcanza el tamaño máximo correspondiente a la diferencia de presiones posible con la velocidad del viento existente. Si el viento cesa antes de que ésta haya alcanzado su tamaño máximo o si la ola alcanza la costa su crecimiento cesa.

En general, las olas en el agua son causadas por una perturbación de la superficie de la misma. La perturbación original puede ser causada por el viento, los botes o los barcos, los temblores de tierra o la atracción gravitacional de la Luna y del Sol. Las olas formadas por los barcos o botes en movimiento son las estelas. Las olas formadas por las perturbaciones de los terremotos son los tsunamis. Las olas formadas por la atracción gravitacional de la Luna y del Sol son las mareas.

Después de que se forman las olas, se pueden propagar por la superficie del mar recorriendo miles de kilómetros. Las olas se describen usualmente, teniendo en cuenta su altura y su longitud. Una formula muy sencilla, empírica y útil para determinar la altura de las olas es la de Stevenson:

H = 0.45 FDonde:H = altura de la ola, desde el cono hasta la cresta, expresada en metrosF = Fetch = distancia en línea recta, expresada en millas náuticas22 de agua abierta en las que es posible el crecimiento de la ola bajo la acción del viento sin interrupciones producidas por masas de tierra

Obras costeras

El número y tamaño de los barcos que se usa un puerto determinan en gran parte su tamaño, pero las condiciones existentes en el sitio también tienen una influencia importante.

Para que un puerto pueda cumplir debidamente con sus funciones debe estar protegido ya sea natural o artificialmente por medio de obras especiales, y de ahí que se haya establecido que deben cumplir con tres condiciones:

1 Contar con canal navegable de profundidad suficiente para el calado de los barcos que han de circular por ellos.

2 Contar con las protecciones adecuadas contra la acción destructora de las olas, ya sea mediante escolleras, rompeolas, espigones o malecones.

3 Contar con un fondo con anclaje seguro para mantener a los barcos lo suficientemente inmóviles contra los grandes vientos.

Además, la entrada de los puertos debe ser lo suficientemente amplia para permitir el paso fácil de los barcos y lo suficientemente estrecha para evitar el paso de un exceso de oleaje durante las tempestades.

22 1 Milla Náutica = 1851 m

150


Actualmente se está tendiendo a que la anchura de la entrada a los puertos sea igual al largo de los mayores barcos que se piensa pueda alojar. Se indicará ahora algo relativo a cada una de las condiciones que se han mencionado y que deben satisfacer los puertos.

Canal de entrada: La profundidad del canal de entrada a un puerto está relacionada no sólo con el calado de los barcos sino también con factores como el de la depresión del agua en el movimiento del barco y también con el cabeceo del mismo. La profundidad necesaria en el canal de entrada viene dada por la expresión:

D = D’ + D” + (H/3)

Donde:D' = calado del mayor barco que va a utilizar el puerto.D" = valor que depende del descenso del barco en su movimiento y que vale 1.2 m en los puertos de mayor importancia y de 0.60 m en los de menor importancia.H = altura de las olas máximas, en metros.

Malecones, rompeolas, escolleras y espigones. Estas obras de protección son bastante parecidas entre sí pero tienen su diferencia.

1 Los malecones son aquellas obras de protección que se construyen paralelas a la costa y que esporádicamente puede ser o no salpicada su parte superior por el agua al romper las olas contra el malecón.

2 Los rompeolas son obras a construir de tal manera que sobresalgan de la costa a proteger, su tipo puede ser variable. Figura 2.66

FIGURA 2.66 Representación de un malecón y un rompeolas

3 Los espigones son elementos que se construyen ya sea normal o inclinados a la costa con el objetivo de proteger ya sea una playa o una carretera, como se muestra en la figura 2.67. Al construir los espigones siempre hay que ver cuál es el objetivo que se persigue con ellos.

FIGUARA 2.67 Espigones para proteger una carretera y para proteger a una playa

PLAYA

ESPIGONES GENERALMENTE

SON DE UNOS 6 A 8 MTS DE

PROFUNDIDAD

CARRETERA

ESPIGONES CORTOS Y CERCANOS UNOS DE OTROS PARA PROTECCION DE

CARRETERA

ROMPEOLASMALECON

151


4 Las escolleras son rompeolas que en muchas ocasiones quedan sumergidas como se muestra en la figura 2.68.

FIGURA 2.68 Escollera Sumergida

El análisis estructural de un rompeolas se relaciona, lógicamente, con las dimensiones de los elementos y los taludes del mismo. En general la fuerza de las olas que actúa sobre una piedra determinada, es proporcional a la superficie de la piedra expuesta a su acción, mientras que la resistencia de la piedra es proporcional a su volumen. De aquí que a mayor tamaño de la piedra, mayor estabilidad. El peso necesario mínimo de cada una de las piedras que forman un rompeolas viene dado por la fórmula:

Donde:W = peso mínimo que debe tener cada piedra que forma el rompeolas, en kg. = peso volumétrico de la piedra, en kg/m3.H = altura de la ola de diseño, en metros. = peso volumétrico del fluido, en kg/m3.a = ángulo del talud del rompeolas, en grados. Ka = coeficiente que tiene los valores de la tabla 2.24

* Las variaciones en el ka dependen de las características del oleaje

TABLA 2.24 Coeficientes de los valores de Ka

MATERIALES Ka * CROQUIS

PIEDRA RODADA, DOS CAPAS 2.6 a 2.0

PIEDRA ANGULOSA, DOS CAPAS 3.5 a 2.5 PIEDRA ANGULOSA, DOS CAPAS 5.3 a 2.5

TETRÁPODOS, DOS CAPAS 15.0 a 7.5

152


Dimensionamiento del muelle respecto al número y tamaño de las embarcaciones

En el diseño del muelle para un puerto es necesario tener un conocimiento, lo más aproximado posible, del tonelaje de las exportaciones e importaciones que se moverán a efecto de que se dimensione el muelle según el número y tamaño de las embarcaciones a usar. Para lo anterior es necesario considerar los centros productores, considerando el aumento correspondiente en los próximos 20 años, como también conocer los productos a consumir y a importar tomando en cuenta el aumento que se tenga en los próximos 20 años.

Lo anterior tiene que traducirse a un tonelaje por año a considerar. Consideremos los datos siguientes y tratemos de resolver un problema práctico.

Importaciones…………………………… 241,000 Tm/añoExportaciones…………………………… 175,000 Tm/añoTotal…………………………………….… 416,000 Tm/año

Mediante la tabla 2.25, podemos apreciar un análisis de los elementos de un proceso de descarga, la cual nos ayudara a determinar el tiempo de descarga que se lleva en un barco, dato que mas adelante se expondrá.

TIPO DE CARGA

1

A

1

B

3

No. DE HOMBRES CARGA CON TIEMPO EN SEGUNDOS

B.B4

B.5

EQUIPO6

I*7

II8

III9

IV10

V11

VI12

C13

M14

CARGA GRAL. MIXTA

123 600 4 6 MALLA 12

0 32 25 35 28 390 132 200

CARGA GRAL.ESTIBADA

143 800 4 6 MALLA 12

5 32 25 35 28 420 140 200

PACAS DE FORRAJE

70 KG

170 800 4 6 MALLA 11

0 32 25 35 28 380 127160

FRUTAS SECAS

180

1800 6 8 PALETA 20

0 32 25 50 40 10 270 140

CAFE 180 660 4 8 MALLA 60 32 25 35 28 275 102 110

PRODUCTOS ORDINARIOS EN SACOS DE

70 KG

250

1000 4 6 MALLA 80 32 25 35 28 320 108 90

FRUTAS EN SACO

1800 6 8 PALETA 15

0 32 25 50 40 630 159 80

PRODUCTOS EMPACADOS

1000 4 6 MALLA 73 32 25 35 28 200 76 80

METAL EN BARRAS

1000 4 6 CADENA 60 32 25 37 30 180 67 70

B.B = Bodega Barco; B. = Bodega; * Secuencia de actividades

TABLA 2.25 Procesos de descarga para diferentes tipos de carga

Para empezar la columna 1 muestra el tipo de carga. A = Total de Tm descargadas por brigadas y por día, columna 2. B = Total de kg por viaje del elevador, columna 3. En las columnas4 y 5 son el número de hombres trabajando solamente (aparte se consideran el malacatero y el señalero) ya sea en el barco bodega o bodega. El medio de descarga a utilizar: malla, paleta, cadenas, etc. en columna 6. De la columna 7 a la 14 son los tiempos en segundos de las diferentes maniobras realizadas en el muelle y barco, las cuales podemos mencionar de la siguiente manera.

7 Incluye acomodo de la carga en la bodega del barco y maniobra con malla o paleta. 8 Es el movimiento del equipo del barco de la escotilla al muelle, con la carga.

153


9 Es el movimiento del equipo del barco al regresar vacío. 10 Es el movimiento de la grúa con carga desde el barco hasta la bodega de tránsito. 11 Es el regreso de la grúa vacía. 12 Es el tiempo utilizado para registrar, introducir carga en la bodega, acomodarla y regresar con el vehículo vacío.

El trabajo es hecho por parejas. 13 Es el ciclo promedio de trabajo o sea, el número de segundos entre dos pasos consecutivos del equipo por la

puerta de la bodega, representada por C. 14 Número de segundos empleados en la bodega para manejar una tonelada métrica, representada por la letra M

Para resolverlo dimensionaremos las partes principales de un muelle, la cual esta comprendida por la longitud, dársena, coronamiento y el atraque, el cálculo que se presenta para cada uno se indica a continuación:

Longitud: Para determinar la longitud L de un muelle se toma como factor principal la eslora E (sección 2.2.4.2) de cada barco más un espacio de una manga M entre la proa de un barco y la popa de otro. Así si la longitud del muelle es para cuatro barcos iguales, resultará:

L= 4E+5M

Darsena: En las dimensiones del semiancho A de la dársena se debe tomar en cuenta el ancho máximo M del barco considerado más un espacio de agua de 3M en donde va incluida la zona de tránsito.

A=4M

Coronamiento: El coronamiento del muelle debe ir dos metros arriba del nivel de la marea alta.

Atraque: La longitud de atraque de un muelle debe ser determinada con cuidado porque un muelle con longitud escasa de atraque ocasionaría congestionamientos en el movimiento de la carga, lo que se traduce en pérdidas. La figura 2.69 representa este análisis de dimensión.

FIGURA 2.69 Dimensión de un muelle para cuatro barcos iguales

De igual manera un muelle construido muy sobrado conduce a una inversión improductiva. Para diseñar las medidas precisas será necesario considerar las toneladas al año que se moverán en el puerto (416,000 Tm en nuestro caso) así como el número de barcos que se necesitarán para esa maniobra. Se seleccionará un barco que corresponda al de tipo de carga general cuyos datos son:

Eslora (E)…………………….….……... 139 mManga (M)…………………….……….. 19 mCalado ……………………………… 8.60 mEscotillas………..……..……..…………….. 4

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Capacidad de carga....…..… 11,0000 Tm

De acuerdo con la tabla 2.27, para un barco de cuatro escotillas podrán trabajar a la vez cuatro brigadas obteniendo un rendimiento de 123 Tm/ día cada una. Entonces, el tiempo de descarga de un barco será igual a 11,000 Tm / (123 Tm/día por numero de escotillas que son 4) lo cual nos da 22.3 días.Considerando 300 días hábiles al año, se puede obtener el número de veces que podría utilizarse el mismo durante el año, esto es dividiendo 300 / 22.3 que es el tiempo de descarga igual a 13.5 veces

Entonces el tonelaje total que puede mover cada barco será de 13.5 veces * 11,000 que es la capacidad de carga = 148,000 Tm, pero como todos sabemos su capacidad no es total por eso tomamos una eficiencia del 70 % lo cual nos determina las Tm/año/barco esto es 148,000 * 0.70 = 104,000.El numero de barcos necesarios para mover el tonelaje total mencionado seria dividir el total de importaciones y exportaciones que es de 416,000 Tm/año entre el tonelaje total/año/barco que puede mover el cual se obtuvo de 104, 000 esto es igual a 4 barcos necesarios

Por lo tanto la longitud del muelle será de: L = 4E + 5M = (4)(139) + (5)(19) = 651 metrosSe supone que existe una buena organización y personal apto para el trabajo para descargar 123 Tm por brigada. Para determinar el ancho del muelle, será necesario determinar antes las dimensiones de las bodegas de tránsito para así incluir el ancho de éstas al que vayamos a considerar para movimientos del transporte sobre el muelle.Las dimensiones de las bodegas de tránsito dependen de la eficiencia que se tenga en el manejo de las mercancías, siendo necesario que la bodega admita la totalidad de la carga que transporte la embarcación que frecuenta al puerto operándose en condiciones normales. Cuyos datos son:

C = carga total que transporta la embarcación (Tm) = densidad media de la carga (Tm/m3) = resistencia del piso de la bodega (Tm/m2)h = altura de estiba (m)

Se ha supuesto que un 30% del área de la bodega se ocupará para la circulación interior (pasillos). Por lo que Área total At y el área neta designada con A esta dada por la expresión:

La altura de estiba se fija en función del tipo y empaque de la mercancía por lo que:

Igualando:

La altura de estiba se va a fijar en 3.40 m, pues es lo que medien las estibadoras de horquilla

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Se ha supuesto (hay tablas que dan estos datos) que la mercancía ocupa un volumen de 1.85 m3, por cada tonelada métrica. En nuestro caso se dimensionaran las bodegas de transito para un muelle de carga general sobre el cual se van a construir dos bodegas con capacidad de carga de dos barcos para cada una de las dos bodegasDatos:Capacidad de carga por barco = 11,000 TmDensidad de la mercancía = = 0.7 Tm/ m3

Altura de estiba = h = 3.4 m

Esto es:

Fijando arbitrariamente, según el terreno disponible, una longitud de bodega de 300 m para así poder obtener dos bodegas en la longitud total del muelle, mismas que servirán a los cuatro barcos que podrán estar en el muelle, se tiene:

Ancho de bodega = 12,000 entre 300 (longitud arbitraria) = 40 m

Espacios para movimientos: El número de vías a servir en el muelle dependerá de las necesidades propias de su tráfico, pero en ningún caso se tendrán menos de dos: una destinada a carga y la otra a circulación. Se va a suponer que en el muelle en estudio se colocaron dos vías férreas anchas, con un espacio total de 2 x 3 + 5 = 11m.Se supondrá una capacidad de carga de los vagones de 40 Tm cada uno, y como el movimiento de nuestro puerto es de 416,000 Tm anualmente, y como se considerará que solamente el 80% de esta carga se moverá por ferrocarril y el resto por carretera, se tiene: Carga a mover por ferrocarril = 416,000 x 0.8 = 332,800 Tm/año.Si se toma un promedio de 300 días hábiles por año resultaría que se necesitan mover por día 332,800 entre 300 días hábiles igual a 1109.3 Tm.Los vagones necesarios para mover esta carga es de 1109.3 Tm/año entre 40 Tm que es la capacidad de cada vagón lo cual nos da 27.73 vagones/dia.Se tendrá que poner una calzada para peatones que se supondrá de 2.20m. Se considerará una banqueta alrededor de la bodega, adelante y atrás, por lo que 3 x 2 = 6 m. Se considerará una vía de 9.00 m de ancho para la calzada con dos banquetas laterales de 3 m cada una.El ancho total de la distribución será:

Espacio para grúa de pórtico…………….. 2.80 mEspacio para ferrocarril………………..….. 11.00 mCalzada para peatones…………………… 2.20 mBanquetas en bodega…………………..…. 6.00 mCalzada ………………………………….….. 9.00 m

Se considerará que se va a ganar terreno al mar y por lo tanto su representación puede quedar como la figura 2.70.

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FIGURA 2.70 Esquema del dimensionamiento de un muelle respecto al número y tamaño de las embarcaciones

ACTIVIDADES SUGERIDAS

1 Elabore un mapa conceptual que muestre las características tecnológicas del sistema de transporte carretero, ferroviario, aereo y portuario que existen en su estado.

2 Entre en contacto con un funcionario clave de la dependencia de transporte de su estado y pregunte sobre las características técnicas de los diversos proyectos de transporte en proceso constructivo.

3 Investigue sobre los paquetes de software existentes que facilitan el diseño de proyectos de transporte.

4 En su país o estado, ¿Cuáles son las modalidades principales para mover carga? ¿Cuál de estas modalidades representa la mayor proporción de kms-pasajero? ¿Qué modalidad representa la menor proporción?

5 En su país o estado,¿Cuáles son las modalidades principales para mover gente? ¿Cuál de estas modalidades representa la mayor proporción de kms-pasajero? ¿Qué modalidad representa la menor proporción?

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Tecnología del Transporte158

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