Area y volumen de una carretera

trabajo de área y volumen de una carretera

1. Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Ingeniería Civil –SAIA
Extensión Barinas
Barquisimeto Edo Lara















Mariestenia Briceño D
CI: 19.186.526
Vias I

2. 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

3. Compactación……………..……………………………………………15
Curva de humedad – densidad o de compactación………………...15
Anexos……………………………………………………16 -17-18-19-20
Conclusión……………………………………………………………… 21
Bibliografía……………………………………………………………… .22

4. 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.

5. 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.

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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.

10. 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. ∑(??????
�−????????????
??????
).
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.

11. 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.

12. 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:
??????=(
??????
??????+
??????
??????
2
).d , ??????
3


b) Cuando una sección está en excavación y la otra sección consecutiva está
en relleno o terraplén:

En este caso:


�
1
�
2
=
??????
??????
??????
??????
, como: ??????=??????
1
+??????
2


Como la línea o - p (línea cero o línea donde se produce el cambio de
excavación a relleno) posee área nula:

??????
??????�????????????
=??????/2
??????
??????
2
??????
??????
+??????
??????
??????
3
compactados

13. ??????
�??????�
=??????/2
??????
??????
2
??????
??????
+??????
??????
??????
3
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

14. 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 VB
El 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.

15. 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.

21. 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.

22. Bibliografía

www.google.com

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