Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño

Ingeniería Civil –SAIA

Extensión Barinas

Barquisimeto Edo Lara

Mariestenia Briceño D

CI: 19.186.526

Vias I

Área y Volumen de una Carreter

a

Índice

Pag

Introducción…………………………………………………………….03

Que es una carretera………………………..…………………………04

Encontrar el área de una carretera………..………………………....04

Movimientos de tierra………………………..…………………………05

Maquinaria empleada en el movimiento de tierra……..…………05-06

Desmonte………………………..…………………………………..06-07

Terraplén………………………..………………………………….…07

Coronación………………………………..…………….…………....07-08

Núcleo………………………..……………………………………..…08

Espaldón………………………..…………………………………..…08

Cimiento………………………..…………………………………..….08

Preparación dela superficie del asiento………..…………….…....08

Transporte...………………………..…………………………….…….09-10

Diagrama de masas o de BRUKRER……………………………....10

Diagrama de Masas………………………..………………………….10

Construcción del diagrama de masas.……………………………...10-11

Otra forma de encontrar el volumen de una carretera………….…11

Cálculo de volumen de tierra por el método de las secciones….12-13

Compensación de volumen………………………………………..13-14

Esponjamiento o factor de esponjamiento……………………….14-15

Compactación……………..……………………………………………15

Curva de humedad – densidad o de compactación………………...15

Anexos……………………………………………………16-17-18-19-20

Conclusión………………………………………………………………21

Bibliografía……………………………………………………………….22

Introducción

La construcción de carreteras es una actividad muy representativa del

trabajo de un ingeniero civil, el mismo debe tener un conocimiento amplio

sobre todos los procesos que se llevan a cabo para su construcción, entre

esos, comprender los métodos de como calcular las áreas y volúmenes de

una carretera, puesto que las carreteras son una pieza clave en el desarrollo

económico y social en el territorio de cualquier país, pues el efecto de las

carreteras desde el punto de vista de la ordenación del territorio determina el

sentido del crecimiento fomentando el desarrollo demográfico y económico.

Generando beneficios de eficacia, efectos de transferencia, y efectos de re-

localización de actividad, por ello, las carreteras inducen cambios en los

patrones de distribución de la población y apoyan directamente a las

actividades productivas.

Que es una carretera

Vía de comunicación, generalmente interurbana, proyectada y construida

fundamentalmente para la circulación de vehículos automóviles.

Encontrar el área de una carretera

1- Mide el ancho promedio de la carretera en pulgadas y divide este

número por 36 para convertirlo a yardas. Llama a esta medida W. Por

ejemplo, si estás construyendo una carretera que tiene

aproximadamente 67 pulgadas (167,5 cm) de ancho, W = 1,861

porque 67/36 = 1,861 (1,70 m).

2- Mide la longitud de la carretera en yardas y llama a este número L. Si

la carretera tiene curvas, mide la longitud por el centro de la misma. Si

es recta, puedes medir su longitud por un lado. Por ejemplo, si tu

carretera tiene 12 yardas (10,97 m) de largo, L = 12.

3- Multiplica L y W para encontrar el área de tu carretera en yardas

cuadradas. En este ejemplo, el área es de 22,332 yardas cuadradas

(20,43 metros cuadrados) porque (1,861)(12) = 22,332.

Una vez que los topógrafos hayan completado el trazo del área, deben

evaluar el terreno para la apropiada adecuación de la carretera. Y

seguidamente se toman muestras de tierra usando equipo de perforación o

un taladro de mano con un mínimo de 25 muestras por cada km. Estas

muestras se extienden hasta 100 pies (30 m) a cada lado de la nueva

carretera y una vez analizados, llevan a una clasificación del perfil de tierra

del área. Pantanos, lagos, ríos y otros humedales requieren más supervisión

y valoración, no solamente para determinar el impacto ecológico de una

nueva carretera si no también determinar la conveniencia.

Movimientos de tierra

Son actividades constructivas muy frecuentes en la ejecución de la

infraestructura vial, el desarrollo urbano, social e industrial de un país.

Estas actividades son de la competencia de los profesionales de la

construcción y en especial de los Ingenieros Civiles, por tal razón deben

ser estudiadas para ser capaces de diseñar y construir con eficiencia

tales trabajos. Esto se realiza con la finalidad de construir carreteras,

ferrocarriles, edificaciones, presas, minas al aire libre, etc. rompen los

perfiles de equilibrio de las laderas y facilitan desprendimientos y

deslizamientos.

Maquinaria empleada en el movimiento de tierra

La maquinaria de movimiento de tierras es un tipo de equipo

empleado en la construcción de caminos, carreteras, ferrocarriles,

túneles, aeropuertos, obras hidráulicas, y edificaciones. Está diseñada

para llevar a cabo varias funciones, entre ellas: soltar y remover la tierra,

elevar y cargar la tierra en vehículos que han de transportarla, distribuir la

tierra en tongadas de espesor controlado, y compactar la tierra. Algunas

máquinas pueden efectuar más de una de estas operaciones. Entre otras

se pueden mencionar las siguientes máquinas para movimiento de tierra:

Pala excavadora. Existen varios tipos: por su forma de locomoción

pueden clasificarse en excavadoras sobre orugas, o sobre neumáticos o

llantas. Topadora, a menudo conocida por su nombre inglés bulldozer.

Estas máquinas remueven y empujan la tierra con su cuchilla frontal. La

eficiencia de estas máquinas se limita a desplazamientos de poco más de

100 m en horizontal. Existen dos tipos: bulldozer (cuchilla fija) y

angledozer (su cuchilla puede pivotar sobre un eje vertical). Estas

máquinas suelen estar equipadas con dientes de acero en la parte

posterior, los que pueden ser hincados en el terreno duro, al avanzar la

topadora con los dientes hincados en el suelo lo sueltan para poderlo

luego empujar con la cuchilla frontal. Pala cargadora frontal. Estos

equipos se utilizan para remover tierra relativamente suelta y cargarla en

vehículos de transporte, como camiones o volquetes. Son generalmente

articuladas para permitir maniobras en un espacio reducido. Mototraílla o

simplemente traílla, conocida también por su nombre inglés scraper.

Estas máquinas se utilizan para cortar capas uniformes de terrenos de

una consistencia suave, abriendo la cuchilla que se encuentra en la parte

frontal del recipiente. Al avanzar, el material cortado es empujado al

interior del recipiente. Cuando este se llena, se cierra la cuchilla, y se

transporta el material hasta el lugar donde será depositado. Para esto se

abre el recipiente por el lado posterior, y el material contenido dentro del

recipiente es empujado para que salga formando una tongada uniforme.

Motoniveladora, también conocida por el nombre inglés grader. Se utiliza

para mezclar los terrenos, cuando provienen de canteras diferentes, para

darles una granulometría uniforme, y disponer las tongadas en un

espesor conveniente para ser compactadas, y para perfilar los taludes

tanto de rellenos como de cortes.

Desmonte

Se denomina desmonte a la excavación de tierra que se realiza en un

determinado entorno con el fin de rebajar la rasante del terreno,

reduciendo así su cota y logrando formar un plano de apoyo adecuado

para ejecutar una obra. Existen varios medios constructivos para realizar

un desmonte, que generalmente suele depender de la naturaleza

geológica-geotécnica del terreno. Así, por ejemplo, en terrenos arenosos,

arcilloso-limosos, o materiales disgregados, suele bastar con realizar la

excavación mediante una retroexcavadora, o una pala cargadora frontal.

Sin embargo, en aquellos terrenos cuya naturaleza es rocosa, puede

llegar a ser necesario emplear explosivos para efectuar un desmonte. En

los casos intermedios, puede bastar con emplear retroexcavadoras con

martillo neumático Talud del desmonte El ángulo del talud con que se

pretende ejecutar el desmonte también depende del factor geotécnico.

Los terrenos sueltos requerirán taludes más tendidos (de menor

pendiente), generalmente aproximándose al ángulo de rozamiento interno

del material de excavación. Por su parte, las geologías rocosas

permitirán, por lo general, taludes verticales o sub-verticales, siempre y

cuando se trate de roca sana, ya que en caso contrario, dependería del

buzamiento del diaclasado. El objetivo de cualquier obra es reducir los

costes de construcción al máximo, motivo por el cual generalmente

resulta interesante que los desmontes sean lo más verticales posibles.

Con ello se pretende minimizar los volúmenes de excavación y

movimiento de tierras, factores que suelen estar asociados a elevados

costes económicos, así como reducir al máximo la ocupación de las

obras, y por lo tanto, las superficies de expropiación.

Terraplén

Se denomina terraplén a la tierra con que se rellena un terreno para

levantar su nivel y formar un plano de apoyo adecuado para hacer una obra.

En los terraplenes se distinguirán tres partes o zonas constitutivas: Base,

parte del terraplén que está por debajo de la superficie original del terreno, la

que ha sido variada por el retiro de material inadecuado. Cuerpo, parte del

terraplén comprendida entre la base y la corona. Corona (capa subrasante),

formada por la parte superior del terraplén, construida en un espesor de

treinta centímetros (30 cm), salvo que los planos del proyecto o las

especificaciones especiales indiquen un espesor diferente. Las partes de un

terraplén de carretera son:

Coronación: es la capa superior del terraplén, sobre la que se apoya el

firme, con un espesor mínimo de 2 tongadas y siempre mayor de 50 cm. En

esta parte se dispone los mejores suelos del terraplén, es decir, aquellos que

no sean plásticos o tiendan a resquebrajarse o a asentarse. En España la

normativa impone las características en función del número de vehículos que

circulen por la vía.

Núcleo: Es la parte del relleno tipo terraplén comprendida entre el cimiento y

la coronación.

Espaldón: es la parte exterior del relleno tipo terraplén que, ocasionalmente

formará parte de los taludes del mismo. No se consideran parte del espaldón

los revestimientos sin función estructural en el relleno entre los que se

consideran plantaciones, cubiertas de tierra vegetal, protecciones

antierosión, etc.

Cimiento: es la parte inferior del terraplén en contacto con la superficie de

apoyo. Su espesor será como mínimo de 1 metro.

Las tareas necesarias para la ejecución de terraplenes, con

maquinaria de elevado rendimiento, son los siguientes:

Preparación de la superficie de asiento: comprende la retirada del terreno

vegetal y a veces la ejecución de una capa que separe el terraplén artificial

con el terreno natural, capas drenantes, geotextiles; extensión, desecación o

humectación de las tongadas; compactación de cada tongada; refinado de

los taludes y coronación.

Transporte 

Es aquella distancia que existe entre los centros de masa (c.m.) de

excavación y de relleno o depósito del material excavado. Estas pueden ser

de varios tipos: 

a) Distancia Media de Compensación (D.M.C): Es la que existe entre los

c.m. de una zona en corte y otra de relleno que se compensará

longitudinalmente o transversalmente. 

b) Distancia Media de Acarreo (D.M.A): esta podrá medirse desde:

1-El c.m. de una zona en tramo en corte hasta el c.m. de la zona

donde se depositará a caballero o en un vertedero el material

excavado sobrante o indeseable.

2 - El c.m. de un préstamo lateral hasta el c.m. de un tramo en relleno

en la explanación. 

Diagrama de masas o de BRUKRER: El método más confiable que se ha

desarrollado hasta ahora para la compensación de volúmenes de tierra y la

determinación de las distancias de transporte es el:

Diagrama de Masas: Este diagrama es un recurso gráfico para resolver los

problemas de distancia de transporte del material procedente de los cortes

para la formación de los rellenos, además nos permite la clasificación de

estos. 

Construcción del Diagrama de Masas: Con los valores obtenidos del

cuadro es posible dibujar un perfil y un diagrama. Para ello se establece un

sistema de coordenadas, dibujando las abscisas en la misma escala del perfil

longitudinal de la carretera y seleccionando para las ordenadas una escala

conveniente a la magnitud de los volúmenes calculados. El diagrama de

masas tiene como abscisas el kilometraje de la carretera y como ordenadas

los volúmenes compensados acumulados. ∑ (V c−K V R ) .

Se sabe que los materiales presentan diferentes volúmenes de acuerdo al

estado en que se encuentran (estado en banco, suelto y compactado) por lo

tanto para la construcción del diagrama de masas se debe de considerar el

material en un mismo estado; en efecto se va a utilizar el estado en banco,

así en la expresión de volumen compensado acumulado el factor K,

transforma el volumen compactado en banco. 

La figura muestra un ejemplo del diagrama de masa y curva de volúmenes

elaborados: 

Otra forma de encontrar el volumen de una carretera

1- Mide la profundidad promedio de la carretera en pulgadas y divídelo

por 36 para convertirlo a yardas. Llama a este número D. Por ejemplo,

si llenas tu carretera con una profundidad de 4,5 pulgadas (11,25 cm),

D = 0,125 yardas (0,11 m) porque 4,5/36 = 0,125.2-

2- Multiplica la profundidad por el área para encontrar el volumen. Por

ejemplo, si el área es 22,332 yardas cuadradas y la profundidad es de

0,125 yardas, el volumen es 2,792 yardas (2,55 m) porque (22,332).

(0,125) = 2,792.

3- Agrega el cinco por ciento del volumen al comprar materiales para

tener suficiente para completar el proyecto. Por ejemplo, en lugar de

comprar exactamente 2,792 yardas cúbicas de material de relleno de

carreteras, deberías comprar 3 yardas cúbicas (2,74 metros cúbicos),

porque (1,05).(2,792) = 2,932, que redondeado hacia arriba es 3.

Cálculo de volumen de tierra por el método de las secciones: En este se

presentan dos casos básicos:

a) Cuando dos secciones transversales consecutivas (en excavación o en

relleno o terraplén) el volumen entre ambas secciones se calcula fácilmente

por:

V=¿.d , m3

b) Cuando una sección está en excavación y la otra sección consecutiva está

en relleno o terraplén:

En este caso:

d1d2

=A rA e

, como: d=d1+d2

Como la línea o - p (línea cero o línea donde se produce el cambio de

excavación a relleno) posee área nula:

V rell=d /2A r

2

Ae+Ar m3compactados

V exc=d /2A e

2

Ae+Ar m3 Naturales

c) Cuando ambas secciones transversales consecutivas están a media

ladera o una a media ladera y la otra en excavación o relleno.

En este caso se realiza una “Construcción Auxiliar” subdividiéndose las áreas

de las secciones a partir de los puntos de cambio de excavación a terraplén,

para así poder aplicar las expresiones básicas explicadas (casos incisos a y

b).

Compensación de volumen: En un diagrama de masas las intersecciones

con las líneas horizontales definen las canteras de compensación. Entre los

perfiles iniciales y final de las canteras, todo el material de desmonte puede

utilizarse en relleno. El volumen de compensación en cada cantera es la

diferencia entre el máximo volumen acumulado y el mínimo volumen

acumulado en esa cantera. Dentro de cada cantera de compensación se

pueden estudiar los costes del transporte, teniendo en cuenta que para cada

uno de los medios empleados para el transporte se pueden definir unas

distancias máximas, por encima de las cuales no resulta económico su

empleo. Cortando la cantera de compensación por unas líneas horizontales

que intercepten las distancias máximas de transporte de cada uno de los

medios (de menor a mayor), se determinan las zonas en las que conviene

emplear los distintos medios y los volúmenes correspondientes a cada uno.

De esta forma, se divide la cantera de compensación en rectángulos de área

equivalente a la de la cantera. La base de los rectángulos representará la

distancia media de transporte para cada uno de los medios y la altura los

volúmenes transportados por cada uno de ellos.

Siguiendo este procedimiento puede evaluarse el coste del transporte y

optimizar el diagrama de masa, es decir, la selección del conjunto de las

líneas horizontales que definen las canteras de compensación, que produce

un coste (volumen por distancia) mínimo.

Esponjamiento o factor de esponjamiento: Al excavar el material en

banco, éste resulta removido con lo que se provoca un aumento de volumen.

Este hecho ha de ser tenido en cuenta para calcular la producción de

excavación y dimensionar adecuadamente los medios de transporte

necesarios. Se denomina factor de esponjamiento (Swell Factor) a la relación

de volúmenes antes y después de la excavación. Se tiene que:M = dS x VS = dB x VBEl factor de esponjamiento es menor que 1. Sin embargo si en otro texto

figura otra tabla con factores mayores que 1, quiere decir que están tomando

la inversa, o sea F´ = VS / VB y si se desean emplear las fórmulas expuestas

aquí, deben invertirse. Otra relación interesante es la que se conoce como

porcentaje de esponjamiento. Se denomina así al incremento de volumen

que experimenta el material respecto al que tenía en el banco, o sea: SW: %

de esponjamiento O en función de las densidades: Son frecuentes tablas en

las que aparece el valor del esponjamiento para diferentes materiales al ser

excavados. Conviene por ello deducir la relación entre volúmenes o

densidades en banco y en material suelto.

El porcentaje de esponjamiento y el factor de esponjamiento están

relacionados: y por consiguiente conociendo el % de esponjamiento de un

material se conoce su factor de esponjamiento, y viceversa, sin más que

operar en la expresión anterior.

Compactación Se califica la compacidad por la comparación cuantitativa de las densidades

secas o pesos unitarios secos, gamma (d), que el suelo va adquiriendo

gradualmente, al variar la humedad, la energía o el método de compactación.

Método proctor. Consiste en compactar el material dentro de un molde

metálico y cilíndrico, en varias capas y por la caída de un pistón.

Existen dos variaciones del método proctor:

Proctor estándar o normal, con pistón de 5 ½ lbs, h = 12’’, N = 25 golpes y 3

capas a compactar. El molde de diámetro= 4’’ y volumen 1/30 ft3.

Proctor modificado, con pistón de 10 lbs, h = 18’’, N = 25 golpes, y

compactando en 5 capas, con el mismo molde.

Curva de humedad – densidad o de compactación: Esta curva da la

variación, gamma (d) Vs w, que se obtiene en laboratorio. La densidad seca

(y también el gamma (d)) va variando al modificar la humedad, w, de

compactación. La humedad óptima es la que se corresponde con el máximo

de la curva de densidad. La rama seca es la que se corresponde al suelo

bajo de humedad, donde la fricción y cohesión dificultan su densificación. La

rama húmeda, es asintótica a la línea de saturación, que se desplaza hacia

la derecha de la humedad óptima de compactación, dado que la energía de

compactación de un suelo muy húmedo la absorbe el agua y no el esqueleto

mineral.

ANEXOS

Conclusión

En los últimos años han surgido nuevas tecnologías y métodos de

construcción debido a los diferentes códigos de eficiencia que han entrado

en vigor. Es por ello que están a la vanguardia nuevas técnicas que tienen

como finalidad mejorar la eficiencia y el rendimiento al momento de construir

una carretera. Aunado a esto, los métodos de áreas y volúmenes son de

suma importancia, ya que para comenzar a construir una carretera en tu

propiedad o cualquier otra área del territorio, debes conocer el área

y volumen de la misma. Pues conocer el área y el volumen de la carretera

ayuda a presupuestar los materiales de construcción y el trabajo. Como

también es indispensable tener conocimiento que para computar el área de

una carretera se necesita conocer su longitud y ancho y que para encontrar

el volumen, se debe saber su longitud, ancho y profundidad. Además utilizar

las diferentes fórmulas adecuadas, para los terrenos con sus cortes y

rellenos o cualquier otra situación que se presente.

Bibliografía

www.google.com

Crespo Villalaz, Vías De Comunicación, Editorial Actualidad, Caracas - Distrito Capital