Carreteras

Ingenieria civil de carreteras

¿Que es una Carretera?

Una carretera es una vía , una ruta o un camino por tierra entre dos lugares que se han emergido o mejorado de otra manera para permitir el viaje a pie o en alguna forma de transporte , incluido un vehículo motorizado , un carro, una bicicleta o un caballo. Las carreteras se han adaptado a una gran variedad de estructuras y tipos para lograr un objetivo común de transporte en una amplia y amplia gama de condiciones. El propósito específico, el modo de transporte y la ubicación de una carretera determinan las características que debe tener para maximizar su utilidad. A continuación se presenta un esquema de clasificación.

Clasificación funcional de las carreteras

La clasificación funcional de una carretera es la clase o grupo de carreteras a las que pertenece la carretera. Existen tres clases funcionales principales, según lo define la Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos : arterial, colector y local.

Carreteras arteriales

Los caminos arteriales generalmente proporcionan el método más rápido de viaje y, por lo general, tienen un bajo acceso desde los caminos vecinos. Por lo general, están diseñados teniendo en cuenta los viajes de larga distancia y no son tan comunes como las otras dos clases funcionales de carreteras.

Vías colectoras

Las carreteras de colector son las segundas más comunes y se utilizan como una conexión entre las carreteras locales y las arteriales. Proporcionan un equilibrio entre el acceso y la movilidad.

Caminos locales

Las carreteras locales son, con diferencia, las más comunes, pero también son las más lentas para viajar. Están diseñados específicamente para tener una alta accesibilidad y para conectarse a caminos colectores y arteriales, y por lo general no se utilizan para el tráfico.

Pautas de clasificación funcional de la FHWA – Administración Federal de Carreteras

¿Que es la ingeniería de carreteras?

La ingeniería de carreteras es una disciplina de ingeniería que se deriva de la ingeniería civil que involucra la planificación, diseño, construcción, operación y mantenimiento de carreteras , puentes y túneles para garantizar un transporte seguro y efectivo de personas y mercancías. La ingeniería de carreteras se hizo prominente hacia la segunda mitad del siglo XX después de la Segunda Guerra Mundial . Normas de ingeniería vial.se están mejorando continuamente. Los ingenieros de carreteras deben tener en cuenta los flujos de tráfico futuros, el diseño de las intersecciones / intercambios de carreteras, la alineación y el diseño geométricos, los materiales y el diseño del pavimento de las carreteras, el diseño estructural del espesor del pavimento y el mantenimiento del pavimento.

Planificación y desarrollo de Carreteras

La planificación de carreteras implica la estimación de los volúmenes de tráfico actuales y futuros en una red de carreteras . La planificación de la autopista también es una necesidad básica para el desarrollo de la autopista. Los ingenieros de carreteras se esfuerzan por predecir y analizar todos los posibles impactos civiles de los sistemas de carreteras. Algunas consideraciones son los efectos adversos sobre el medio ambiente, como la contaminación acústica, la contaminación del aire, la contaminación del agua y otros impactos ecológicos.

Diseño de Carreteras

La ubicación, la alineación y la forma más adecuadas de una carretera se seleccionan durante la etapa de diseño. El diseño de la carretera implica la consideración de tres factores principales (humano, vehicular y de carretera) y cómo estos factores interactúan para proporcionar una carretera segura. Los factores humanos incluyen el tiempo de reacción para el frenado y la dirección, la agudeza visual de las señales de tránsito y el comportamiento de seguimiento del automóvil. Las consideraciones del vehículo incluyen el tamaño y la dinámica del vehículo que son esenciales para determinar el ancho del carril y las pendientes máximas, y para la selección de vehículos de diseño. Los ingenieros de carreteras diseñan la geometría de la carretera para garantizar la estabilidad de los vehículos cuando negocian curvas y pendientes y para proporcionar distancias de visión adecuadas para realizar maniobras de paso a lo largo de curvas en carreteras de dos vías y dos vías.

Diseño geométrico de carreteras

Los ingenieros de carreteras y transporte deben cumplir con muchos estándares de seguridad, servicio y rendimiento al diseñar carreteras para cierta topografía del sitio. El diseño geométrico de la carretera se refiere principalmente a los elementos visibles de las carreteras. Los ingenieros de carreteras que diseñan la geometría de las autopistas también deben considerar los efectos ambientales y sociales del diseño en la infraestructura circundante.

Hay ciertas consideraciones que deben abordarse adecuadamente en el proceso de diseño para adaptar con éxito una carretera a la topografía de un sitio y mantener su seguridad. Algunas de estas consideraciones de diseño son:

  • Velocidad de diseño
  • Volumen de trafico de diseño
  • Número de carriles
  • Nivel de servicio (LOS)
  • Distancia de la vista
  • Alineación, superelevación y grados.
  • Sección transversal
  • Ancho de carril
  • Medidor de estructura , juego horizontal y vertical.

El rendimiento operativo de una carretera se puede ver a través de las reacciones de los conductores a las consideraciones de diseño y su interacción.

Materiales usados para la construcción de Carreteras

Los materiales utilizados para la construcción de carreteras han progresado con el tiempo, desde los primeros días del Imperio Romano. Los avances en los métodos con los que estos materiales se caracterizan y aplican al diseño estructural del pavimento han acompañado este avance en los materiales.

Hay dos tipos principales de superficies de pavimento: concreto de cemento Portland (PCC) y asfalto de mezcla en caliente (HMA). Debajo de este curso de desgaste hay capas de material que dan soporte estructural para el sistema de pavimento. Estas superficies subyacentes pueden incluir las capas de base y subbase agregadas, o las capas de base y subbase tratadas, y adicionalmente el subsuelo natural o tratado subyacente. Estas capas tratadas pueden ser tratadas con cemento, tratadas con asfalto o tratadas con cal para un soporte adicional.

Diseño de pavimento flexible

Un pavimento flexible, asfáltico o asfaltado generalmente consta de tres o cuatro capas. Para un pavimento flexible de cuatro capas, hay un curso de superficie, un curso base y un curso de subbase construidos sobre un subsuelo de suelo natural compactado. Cuando se construye un pavimento flexible de tres capas, la capa de subbase no se usa y el curso base se coloca directamente en el subsuelo natural.

La capa superficial de un pavimento flexible está construida de asfalto de mezcla en caliente (HMA). Los agregados no estabilizados se utilizan típicamente para el curso base; sin embargo, el rumbo base también podría estabilizarse con asfalto, betún espumado, cemento Portland u otro agente estabilizante. La subbase generalmente se construye a partir de material agregado local, mientras que la parte superior de la subrasada a menudo se estabiliza con cemento o cal.

Con el pavimento flexible, la mayor tensión se produce en la superficie y la tensión disminuye a medida que aumenta la profundidad del pavimento. Por lo tanto, se necesita utilizar el material de la más alta calidad para la superficie, mientras que se puede usar materiales de menor calidad a medida que aumenta la profundidad del pavimento. El término “flexible” se usa debido a la capacidad de los asfaltos para doblarse y deformarse ligeramente, y luego volver a su posición original a medida que se aplica y elimina cada carga de tráfico. Es posible que estas pequeñas deformaciones se vuelvan permanentes, lo que puede llevar a la formación de surcos en la trayectoria de la rueda durante un tiempo prolongado.

La vida útil de un pavimento flexible se diseña típicamente en el rango de 20 a 30 años. Los espesores requeridos de cada capa de un pavimento flexible varían ampliamente según los materiales utilizados, la magnitud, el número de repeticiones de cargas de tráfico, las condiciones ambientales y la vida útil deseada del pavimento. Factores como estos se toman en consideración durante el proceso de diseño para que el pavimento dure la vida útil sin angustias excesivas.

Diseño de pavimentos rígidos

Los pavimentos rígidos se utilizan generalmente en la construcción de aeropuertos y autopistas principales, como las del sistema de autopistas interestatales . Además, comúnmente se utilizan como losas de pisos industriales de servicio pesado, pavimentos para patios de puertos y puertos, y para pavimentos de vehículos pesados ​​o terminales. Al igual que los pavimentos flexibles, los pavimentos rígidos para autopistas están diseñados como estructuras duraderas y para todo tipo de clima para atender el tráfico moderno de alta velocidad. Al ofrecer superficies de conducción de alta calidad para un viaje seguro en vehículos, funcionan como capas estructurales para distribuir las cargas de las ruedas de los vehículos de tal manera que las tensiones inducidas transmitidas al suelo del subsuelo son de magnitudes aceptables.

El concreto de cemento Portland (PCC) es el material más común utilizado en la construcción de losas de pavimento rígido. La razón de su popularidad se debe a su disponibilidad y la economía. Los pavimentos rígidos deben diseñarse para soportar cargas de tráfico repetidas con frecuencia. La vida útil de diseño típica de un pavimento rígido es de entre 30 y 40 años, y dura aproximadamente el doble que un pavimento flexible.

Una consideración importante del diseño de los pavimentos rígidos es la reducción de la falla por fatiga debido a los esfuerzos repetidos del tráfico. La falla por fatiga es común entre las carreteras principales porque una carretera típica experimentará millones de pasos de ruedas a lo largo de su vida útil. Además de los criterios de diseño, como las cargas de tráfico, también se deben tener en cuenta los esfuerzos de tracción debidos a la energía térmica. A medida que el diseño del pavimento ha progresado, muchos ingenieros de carreteras han notado que las tensiones inducidas térmicamente en los pavimentos rígidos pueden ser tan intensas como las impuestas por las cargas de las ruedas. Debido a la resistencia a la tracción relativamente baja del hormigón, las tensiones térmicas son extremadamente importantes para las consideraciones de diseño de los pavimentos rígidos.

Los pavimentos rígidos generalmente se construyen en tres capas: un subsuelo preparado, base o subbase y una losa de concreto. La losa de concreto se construye de acuerdo con una elección diseñada de dimensiones planas para los paneles de losa, que influyen directamente en la intensidad de las tensiones térmicas que ocurren dentro del pavimento. Además de los paneles de losa, los refuerzos de temperatura deben estar diseñados para controlar el comportamiento de agrietamiento en la losa. La separación de las juntas está determinada por las dimensiones del panel de la losa.

Los tres tipos principales de pavimentos de concreto que se usan comúnmente son el pavimento de concreto simple (JPCP), el pavimento de concreto reforzado (JRCP) y los pavimentos de concreto reforzado (CRCP). Los PCJ se construyen con juntas de contracción que dirigen el agrietamiento natural del pavimento. Estos pavimentos no utilizan ningún acero de refuerzo. Los JRCP están construidos con juntas de contracción y acero de refuerzo para controlar el agrietamiento del pavimento. Las altas temperaturas y las tensiones de humedad dentro del pavimento crean grietas, que el acero de refuerzo mantiene firmemente unidos. En las juntas transversales, las barras de pasador se colocan normalmente para ayudar a transferir la carga del vehículo a través del craqueo. Los CRCP solo dependen del acero de refuerzo continuo para mantener juntas las grietas transversales naturales del pavimento. Los pavimentos de hormigón pretensado también se han utilizado en la construcción de carreteras; sin embargo, no son tan comunes como los otros tres. Los pavimentos pretensados ​​permiten un espesor de losa más delgado al neutralizar parcial o totalmente los esfuerzos o cargas inducidas térmicamente.