47107519 apuntes de clase actualizado 2010

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DISEÑO DE VÍAS APUNTES DE CLASE

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

Profesor: Ing. MIC Fabián Tafur Sánchez

TABLA DE CONTENIDO

1 INGENIERÍA DE TRÁNSITO EN EL MARCO DE LA INGENIERÍA DE TRANSPORTE4

1.1 TRÁNSITO Y TRANSPORTE ........................................................................................................4

1.2 INGENIERÍA DE TRANSPORTE ...................................................................................................4 1.2.1 Planeación..........................................................................................................................5 1.2.2 Diseño ................................................................................................................................5 1.2.3 Construcción ......................................................................................................................5 1.2.4 Operaciones .......................................................................................................................5 1.2.5 Mantenimiento....................................................................................................................5

1.3 INGENIERÍA DE TRÁNSITO..........................................................................................................6

1.4 DISEÑO GEOMÉTRICO.................................................................................................................6

1.5 EL SISTEMA GLOBAL DE TRANSPORTE ..................................................................................6

2 EL PROBLEMA DEL TRÁNSITO ..................................................................................7

2.1 RELACIÓN ENTRE LA DEMANDA VEHICULAR Y LA OFERTA VIAL ......................................7

2.2 FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL PROBLEMA DEL TRÁNSITO...................................10 2.2.1 Diferentes tipos de vehículos en la vía ............................................................................10 2.2.2 Superposición del tránsito en vías inadecuadas..............................................................10 2.2.3 Falta de planeación del tránsito .......................................................................................10 2.2.4 Automóvil no considerado como la necesidad pública ....................................................10 2.2.5 Falta de asimilación por parte del gobierno y del usuario ...............................................10

2.3 SOLUCIONES AL PROBLEMA DEL TRÁNSITO.......................................................................10 2.3.1 Solución integral...............................................................................................................10 2.3.2 Solución de alto costo ......................................................................................................11 2.3.3 Solución parcial de bajo costo .........................................................................................11

2.4 METODOLOGÍA DE LA SOLUCIÓN...........................................................................................11

3 LOS ELEMENTOS DEL TRÁNSITO.......................................................................................12

3.1 GENERALIDADES.......................................................................................................................12

3.2 CARACTERÍSTICAS DEL USUARIO..........................................................................................12 3.2.1 Peatón, conductor, visión y reacciones físicas y psicológicas.........................................12 3.2.2 Distancia para detener un vehículo .................................................................................12

3.3 CARACTERÍSTICAS DEL VEHÍCULO........................................................................................15

3.4 CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA VIAL .................................................................................15 3.4.1 Generalidades ..................................................................................................................15 3.4.2 Clasificación de una red vial ............................................................................................16 3.4.3 Tipos de caminos .............................................................................................................17

4 VOLUMEN DE TRÁNSITO...................................................................................................20

4.1 GENERALIDADES.......................................................................................................................20

4.2 DEFINICIONES.............................................................................................................................20 4.2.1 Conceptos básicos...........................................................................................................20 4.2.2 Volúmenes de tránsito totales..........................................................................................21

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4.2.3 Volúmenes de tránsito promedio diario - TPD.................................................................22 4.2.4 Volúmenes de tránsito horarios (TH) ...............................................................................22

4.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO....................................................23 4.3.1 Distribución y composición de los volúmenes de tránsito ...............................................23 4.3.2 Composición vehicular .....................................................................................................24 4.3.3 Variación mensual de los volúmenes de tránsito durante un año ...................................25 4.3.4 Variación diaria de los volúmenes de tránsito durante una semana ...............................25

4.4 VOLÚMENES DE TRÁNSITO FUTURO......................................................................................26 4.4.1 Relación entre el tránsito horario de diseño (THD) y el tránsito promedio diario anual

(TPDA) .............................................................................................................................26 4.4.2 Relación entre el tránsito promedio diario anual (TPDA) y el tránsito promedio diario

semanal (TPDS)...............................................................................................................27

4.5 PRONÓSTICO DE VOLUMEN DE TRÁNSITO FUTURO ...........................................................28 4.5.1 Clases de proyectos de carreteras ..................................................................................28 4.5.2 Ejemplo de cálculo del THD.............................................................................................30

5 CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO.....................................................................31

5.1 INTRODUCCIÓN ..........................................................................................................................31

5.2 CAPACIDAD.................................................................................................................................31

5.3 NIVEL DE SERVICIO ...................................................................................................................31

5.4 PROYECTO DE TRÁNSITO ........................................................................................................33

6 PLANEACIÓN DE UN PROYECTO VIAL ....................................................................35

6.1 DEFINICIÓN .................................................................................................................................35

6.2 CATEGORÍAS ESTRATÉGICAS DEL PROCESO DE PLANEACIÓN ......................................35 6.2.1 Planes de Desarrollo: .......................................................................................................35 6.2.2 El Programa .....................................................................................................................35 6.2.3 Subprograma....................................................................................................................35 6.2.4 El Proyecto .......................................................................................................................35

6.3 CICLO DE UN PROYECTO DE CARRETERA............................................................................36 6.3.1 Etapa de preinversión ......................................................................................................36

6.3.1.1 Idea del proyecto.................................................................................................37 6.3.1.2 El perfil del proyecto............................................................................................37 6.3.1.3 El estudio de prefactibilidad ................................................................................37 6.3.1.4 El estudio de factibilidad......................................................................................38 6.3.1.5 Contenido de los estudios de Preinversión.........................................................38 6.3.1.6 Nivel de estudios técnicos y grado de exactitud de las cuantificaciones en la

preinversión .........................................................................................................39 6.3.2 Etapa de inversión ...........................................................................................................39 6.3.3 Etapa operacional ............................................................................................................40 6.3.4 Evaluación expost ............................................................................................................40

7 SISTEMAS CONVENCIONALES DE TRAZADO .......................................................................41

7.1 EXPLORACIÓN............................................................................................................................41

7.2 TRAZADO ANTE-PRELIMINAR ..................................................................................................41

7.3 TRAZADO PRELIMINAR .............................................................................................................43

7.4 PROYECTO..................................................................................................................................44

8 CRITERIOS DE DISEÑO .....................................................................................................45

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8.1 VELOCIDAD .................................................................................................................................45 8.1.1 definición ..........................................................................................................................45 8.1.2 Elección, designación y requisitos ...................................................................................47

8.2 DISTANCIA DE VISIBILIDAD ......................................................................................................49 8.2.1 Principios..........................................................................................................................49 8.2.2 Distancia de visibilidad de parada ...................................................................................49 8.2.3 Distancia de visibilidad de adelantamiento ......................................................................51

8.3 ALINEAMIENTO HORIZONTAL..................................................................................................54 8.3.1 Alineamientos rectos y curvos .........................................................................................54 8.3.2 Sección transversal ..........................................................................................................54 8.3.3 Curvas Circulares.............................................................................................................55

8.3.3.1 Deflexiones menores entre tangentes ................................................................55 8.3.3.2 Entretangencias ..................................................................................................55 8.3.3.3 Peralte .................................................................................................................56 8.3.3.4 Coeficiente de fricción lateral ..............................................................................57 8.3.3.5 Valor máximo del peralte.....................................................................................57 8.3.3.6 Radios mínimos absolutos ..................................................................................57 8.3.3.7 Elementos de una curva circular simple .............................................................60 8.3.3.8 Curvas Compuestas............................................................................................61 8.3.3.9 Diseño de vías – tarea 3 ...................................... ¡Error! Marcador no definido.

8.4 RELACIÓN DEL PERALTE, RADIO Y VELOCIDAD ESPECÍFICA...........................................62 8.4.1.1 Transición del peralte ..........................................................................................63 8.4.1.2 Rampa de peraltes ..............................................................................................63 8.4.1.3 Distribución del peralte para curvas con radios superiores al mínimo................67

8.4.2 Sobreancho de la calzada................................................................................................68 8.4.2.1 Longitud de transición y desarrollo del sobreancho............................................69

8.4.3 Curvas de transición ........................................................................................................70 8.4.3.1 Tipos de espirales ...............................................................................................70 8.4.3.2 Valores límite en el diseño de una espiral clotoide.............................................75

8.4.4 Criterios generales para el alineamiento horizontal.........................................................76 8.4.5 Ejemplos de aplicación ....................................................................................................78

8.5 ALINEAMIENTO VERTICAL........................................................................................................81 8.5.1 Pendientes .......................................................................................................................81 8.5.2 Ecuación General.............................................................................................................82 8.5.3 Ejemplo de Aplicación......................................................................................................84

9 DIAGRAMA DE MASAS (REF. 04) ......................................................................................86

10 PRESUPUESTO Y CRONOGRAMA DE INVERSIONES .............................................................89

10.1 EXPLANACIÓN............................................................................................................................89 10.1.1 Desmonte y limpieza – ìtem 1.1.......................................................................................89 10.1.2 Cortes en material común y en roca – ítems 1.2 y 1.3 ....................................................89

11 BILIBIOGRAFÍA ...............................................................................................................91

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1 INGENIERÍA DE TRÁNSITO EN EL MARCO DE LA INGENIERÍA DE TRANSPORTE

[Fuentes: Ref–02, Ref–05, Ref–06, Ref–09]

1.1 TRÁNSITO Y TRANSPORTE

En la medida en que la raza humana ha existido, el TRANSPORTE ha consumido una porción considerable del tiempo de la sociedad y sus recursos.

La primera necesidad por TRANSPORTARSE es de tipo ECONÓMICO que incluye VIAJES PERSONALES en busca de:

• Comida o trabajo

• Negocios o comercio

• Exploración o conquista

• Metas personales

• Elevación del nivel de vida

• Otros

Los anteriores son algunos de los objetivos básicos del la necesidad de transportarse.

El TRANSPORTE, que es el movimiento de personas y mercancías por los medios que se utilizan para éste fin, toma lugar para llenar esos objetivos básicos, los cuales requieren transferencia de un lugar a otro.

Por ejemplo:

• Un campesino deberá transportar sus productos al mercado

• Un país como el Japón, con pocos recursos naturales, depende fuertemente del transporte para importar materia prima y exportar productos manufacturados.

• Cada día millones de personas se desplazan hacia sus trabajos.

• En la India la movilización por vía férrea de sus habitantes hacia centros de trabajo

Para muchos, el Transporte de Pasajeros es el de mayor importancia, especialmente en zonas urbanas; pero el transporte de carga (mercancías), es quizá de mayor importancia para el funcionamiento económico de la sociedad. Ambos se deben considerar esénciales.

La velocidad, el costo y la capacidad del sistema de transporte disponible tiene un impacto significativo en la vitalidad económica de una región y en la habilidad en el uso máximo de sus recursos naturales. Las sociedades más desarrolladas e industrializadas se distinguen por poseer servicios de transporte de alta calidad.

El transporte es útil en dos aspectos: Utilidad de tiempo y utilidad de Lugar, términos económicos que significan contar con los pasajeros o mercancías en lugar específico en el momento oportuno.

1.2 INGENIERÍA DE TRANSPORTE

La ingeniería de transporte es la aplicación de los principios tecnológicos y científicos a la planeación, al proyecto funcional, a la operación y a la administración de las diversas partes de cualquier modo de

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transporte, con el fin de proveer la movilización de personas y mercancías de una manera segura, rápida, confortable, conveniente económica y compatible con el medio ambiente.

El Ingeniero de Transporte es aquel profesional que tienen que ver con la Planeación, el diseño, la construcción, la operación, el manejo y mantenimiento de un sistema de transporte, tal como los muestra el siguiente diagrama.

1.2.1 PLANEACIÓN

La planeación en el transporte tiene que ver con la selección de proyectos para diseño y construcción. El planificador del transporte comienza por definir el problema, recolectar y analizar datos, y evaluar varias alternativas de solución. También se involucra en el proceso de pronostico del tránsito futuro, estima los impactos del sistema en los usos del suelo, el medio ambiente y la comunicación, y determina los beneficios y costos que resultarán si el proyecto se construye. El planificador del transporte investiga la factibilidad física de un proyecto y realiza comparaciones entre varias alternativas para terminar la óptima.

1.2.2 DISEÑO

El diseño en transporte tiene que ver con las especificaciones de todas las características del sistema de transporte, de tal manera que el funcione eficientemente de acuerdo a las leyes de la naturaleza.

El proceso de diseño termina con un conjunto detallado de planos que pueden ser usados para estimar los costos del sistema y llevar a cabo su construcción. Para una vía, el proceso de diseño involucra la selección de todas las dimensiones de todos los elementos geométricos, tales como: alineamiento horizontal, curvas verticales, sección transversal (carriles, separadores, bermas, derechos de vía, etc), estructuras de drenaje y defensas (barreras). Diseño de la estructura del pavimento, diseño de puentes. Provisión para los dispositivos de control para la regulación del tránsito (señalización), adecuación de áreas laterales y paisajismo.

1.2.3 CONSTRUCCIÓN

Altamente relacionada con el diseño, que para el caso de vías tiene que ver con todos los aspectos del proceso de construcción: preliminares y replanteo, descapote, cortes y terraplenes, pavimento, obras de arte y conservación.

1.2.4 OPERACIONES

En éste sentido se debe trabajar en el entendimiento del conductor, y de las características del peatón y la utilización d estos en el mejoramiento de la capacidad de las carreteras y calles. Se centra en los aspectos como: análisis de accidentes, parqueaderos, zonas de cargue y descargue – terminales, señalización. Esta actividad propende a la mejoramiento de la seguridad y circulación vial.

1.2.5 MANTENIMIENTO

Para el caso de vías, tiene que ver con todo el trabajo necesario para asegurar que el sistema vial se maneja en buen estado (bacheo, rehabilitación, etc.). En este sentido actualmente las vías concesionadas, como parte de su objeto, continuamente están realizando mantenimiento.

PLANEACIÓN CONSTRUCCIÓN PAVIMENTO

EXPERIENCIA

ESTRUCTURAL DRENAJE

DISEÑO GEOMÉTRICO

TRÁNSITO

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1.3 INGENIERÍA DE TRÁNSITO

La ingeniería de transito es aquella fase de la ingeniería de transporte que tiene que ver con la planeación, el proyecto geométrico y la operación del tránsito por calles y carreteras, sus redes, terminales, tierras adyacentes y su relación con otros modos de transporte.

Como puede verse, la ingeniería de tránsito es un subconjunto de la ingeniería de transporte, y a su vez el diseño geométrico es una etapa de la ingeniería de tránsito.

1.4 DISEÑO GEOMÉTRICO

El diseño geométrico de calles y carreteras, es el proceso de correlación entre sus elementos físicos y las características de operación de los vehículos, mediante el uso de matemáticas, física y geometría.

Una calle o una carretera se define geométricamente por el proyecto de su eje en plata (alineamiento horizontal) y su perfil (alineamiento vertical) y por el proyecto de su sección transversal.

1.5 EL SISTEMA GLOBAL DE TRANSPORTE

La misión del transporte se lleva a cabo mediante la provisión de redes compuestas por:

• Las conexiones o Medios

• Las unidades trasportadoras

• Las terminales

La mayoría de las actividades de transporte se llevan a cabo en los siguientes grandes sistemas:

Sistema Medio Ubicación Movilidad Eficiencia Modo Servicio de pasajeros Servicios de carga

Camión

Interurbano, local y rural, hacialos centros de procesamiento ymercados. Cargas pequeñas ycontenedores.

Auto Bus Interurbano y local Paquetes (Interurbano)

Automovil Interurbano y local Objetos personales

Bicicleta Local y recreacional Insignificante

Ferrocarril Interurbano y localInterurbano. En Volumencontenedores

Metro Regional y urbano Ninguno

Aviación comercial

Interurbano a grandesdistancias. Transoceánico

Mercancias de alto valor.Contenedores

Aviación GeneralInterurbano, recreacionaly de negocios

Poco

Barcos Tránsito de cruceroEn volumen (petróleo).Contenedores

Cabotaje y fluvialTransbordo en lanchas ybarcazas

Volúmenes medianos de carga.

Ductos Ninguno Líquidos y gases

BandasEscaleras y bandas anivel

Manejo de materiales

Cables Transporte de cabinas Manejo de materiales

Generalemten alta. Bajos costospor consumo deenergía

Flujos continuos euctos, rodillos,

cablesLimitadas por las pocas

rutas y puntos de accesoBajas velocidades. Alta

capacidad

Moderadamente baja en términosde energía ycostos deoperación

Acuatico Mares y ríos

Rutas directas. Accecibilidadlimitada por la disponibilidadde mares y rios navegables ypuertos seguros

Baja velocidad. Capacidadmuy alta por vehículo

Muy alta por losbajos costos ypoco consumo deenergía. Laseguridad esvariable

Aéreo Aire

Los costos de aeropuertosreducen la accecibilidad.Rutas completamentedirectas

Las velocidades so lasmás altas, con capacidadvehicular limitada

No tan alta entérminos deseguridad, energíay algunos costos

Ferroviario RielesLimitada por la alta inversiónen la estructura de rutas ypor la topografía

Mayor velocidad ycapacidad que los modospor carretera

Generalmente alta, pero loscostos laboralespueden bajar laeficiencia.

CarreteroCarreteras y

calles

Muy alta. Acceso directo a lapropiedad lateral. Rutasdirectas limitadas por latopografía y el uso del suelo

Velocidades limitadas porfactores humanos ycontroles. Baja capacidadvehicular, pero altadisponibilidad devehículos

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2 EL PROBLEMA DEL TRÁNSITO

2.1 RELACIÓN ENTRE LA DEMANDA VEHICULAR Y LA OFERTA VIAL

Patrón Urbano:

La oferta vial se puede cuantificar en términos de su capacidad. A continuación se muestra el evento mas común en un escenario urbano, así:

a continuación se presenta un patrón de demanda vehicular

OF

ER

TA

VIA

L

VE

HIC

ULA

RD

EM

AN

DA

Si.

Si.

No hay mayor problema

DEMANDA VEHICULAR

>OFERTA

VIAL ⇒ Problemas a resolver

DEMANDA VEHICULAR

≤OFERTA

VIAL ⇒

No deseable. Grandes demoras. Detenciones o

paradas frencuente. Operación Forzada.

DEMANDA VEHICULAR

>OFERTA

VIAL ⇒

Es lo deseable. Mínimas demoras y aceptables niveles de operación

Se llega a la capacidad del sistema. El tránsito es

inestable. Empieza la congestión

DEMANDA VEHICULAR

=OFERTA

VIAL ⇒

DEMANDA VEHICULAR

<OFERTA

VIAL ⇒

6pm6am

VO

LU

ME

N (

VE

HÍC

UL

OS

)

q<C3am0

q<C

DEMANDA VEHICULAR q

12m9amq=C

3pmq>C

CONGESTIÓN (FLUJO FORZADO)

12pmq<C9pm

Horas

8




Patrón Rural:

En ambos casos se puede observar la oferta vial y la demanda vehicular

PATRON DE DEMANDA VEHICULAR

10542 34 27 40

158

717

1145

1276125612131189

1234

106511581175

12161276

1456

1035

808 816

389

181

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24HORAS DEL DÍA

VEHÍCULOS POR HORA

EN LA IN

TERSECCIÓN

VIAS RURALES DE DOS CARRILES

VIAS RURALES MULTICARRILES CON SEPARADOR

9




PATRÓN DE DEMANDA VEHICULAR RURAL

14 1721

36 35

54

93

115

133 132

102 10294

147

137 134

147

170

140

101

71

4739

14

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS DEL DÍA

VEHÍCULOS POR HORA

EN UNA CARRETERA

RURAL

PATRÓN DE DEMANDA VEHICULAR RURAL- SEMANAL

19851808

1931 1993 2094 2040

1434

TPD=1898

0

500

1000

1500

2000

2500

LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES SABADO DOMINGO

DIAS DE LA SEMANA

DEMANDA VEHICULAR

(veh/día/ambos

sentidos)

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2.2 FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL PROBLEMA DEL TRÁNSITO

2.2.1 DIFERENTES TIPOS DE VEHÍCULOS EN LA VÍA

• Diferentes dimensiones, velocidades y características de aceleración.

• Automóviles diversos

• Camiones y autobuses, de alta velocidad

• Camiones pesados (remolques), baja velocidad

• Vehículos de tracción animas, que aún subsisten

• Motocicletas, bicicletas, vehículos de mano, etc.

2.2.2 SUPERPOSICIÓN DEL TRÁNSITO EN VÍAS INADECUADAS

• Relativamente pocos cambios en el trazo urbano

• Calles angostas, torcidas y pendientes pronunciadas

• Andenes insuficientes

• Vías que no han evolucionado

2.2.3 FALTA DE PLANEACIÓN DEL TRÁNSITO

• Calles y carreteras que se siguen construyendo con especificaciones obsoletas

• Intersecciones diseñadas sin bases técnicas

• Previsión casi nula para estacionamientos

• Localización inapropiada de zonas residenciales en relación con zonas comerciales e industriales.

2.2.4 AUTOMÓVIL NO CONSIDERADO COMO LA NECESIDAD PÚBLICA

• Falta de operación de las autoridades sobre la necesidad del vehículo dentro de la economía del transporte

• Falta de operación del público en general a la importancia del vehículo automotor

2.2.5 FALTA DE ASIMILACIÓN POR PARTE DEL GOBIERNO Y DEL USUARIO

• Legislación y reglamentos del tránsito anacrónicos que tienen mas a forzar a los usuarios de los mismos, que adaptarse a sus propias necesidades.

• Falta de educación vial del conductor, pasajero y peatón.

2.3 SOLUCIONES AL PROBLEMA DEL TRÁNSITO

2.3.1 SOLUCIÓN INTEGRAL

• Construir una nueva infraestructura vial, que sirva al vehículo moderno

• Crear ciudades con trazo nuevo, revolucionario.

• Realizar proyectos urbanos que equilibren la oferta y la demanda con un trazo funcional de vías principales (arterias), vías secundarias (colectoras) y calles locales.

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2.3.2 SOLUCIÓN DE ALTO COSTO

• Sacar el mejor partido posible de lo que se tiene, concambios físicos de fuerte inversión.

• Ampliación de calles, modificación de intersecciones, sistemas de control electrónico del tránsito con semáforos, estacionamientos públicos y privados en edificios.

2.3.3 SOLUCIÓN PARCIAL DE BAJO COSTO

• Aprovechamiento máximo de las condiciones existentes, con mínimo de obra material y máxima regulación funcional del tránsito

• Legislación y reglamentación adaptadas a las necesidades del usuario

• Educación vial.

• Sistemas de calles unidireccionales (pares viales)

• Estacionamientos de tiempo limitado en la vía pública

• Proyecto específico y apropiado de señales de tránsito y semáforos.

• Canalización del tránsito

• Sitios para la construcción de paraderos y estacionamientos

2.4 METODOLOGÍA DE LA SOLUCIÓN

Para atacar el problema del tránsito se deben seguir cuatro pasos que permitan el planteamiento del mismo, de tal manera que la solución sea lógica y práctica.

• Recopilación de los datos:

o Reunir la información necesaria

o Estadísticas

o Informes oficiales

o Hechos veraces (son los estudios de tránsito)

• Análisis de datos:

o Mente entrenada, que pueda dar interpretación a los mismos

o Interpretación real

o Diagnóstico para proponer la solución

• Propuesta de Solución

o Concreta y detallada

o Es el proyecto de solución presentado por el especialista

• Estudio de los resultados obtenidos

o Observar la solución posteriormente (estudio posterior), evaluar resultados y levantar estadísticas.

o Actualización, revisión y perfeccionamiento.

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3 LOS ELEMENTOS DEL TRÁNSITO

3.1 GENERALIDADES

Los elementos críticos del sistema de tránsito son:

• Los usuarios

• Los Vehículos

• Las calles y carreteras

• El medio ambiente

• Los dispositivos de control

El conductor tiene una variedad de características (tiempos de reacción, límites de visión, ect.) que se deben considerar para el diseño de sistemas seguros y eficientes.

El vehículo posee características que se deben tener en cuenta, tales como: radios de giro, patrones de aceleración, condiciones mecánicas, etc.

Las características del sistema vial (calles y carreteras), también es crítico, incluyendo curvatura mínima, pendientes máximas y mínimas, condiciones de superficie de rodadura, etc.

El medio ambiente es aquel conjunto de condiciones que hace que las características del conductor, el vehículo y la vía, varíen sistemáticamente. Por ejemplo los pavimentos húmedos ocasionan fricciones diferentes y por lo tanto, distancias de frenado diferentes. También, la oscuridad influye en la visión.

Los dispositivos del control de tráfico (marcas, señales y semáforos) se comunican con el conductor de manera uniforme y comprensiva. Más aún, los dispositivos de control deben ser dimensionados y colocados de tal manera que toda la variedad de usuarios puedan hacer uso de efectivo de ellos, bajo una variedad de condiciones.

Para realizar un diseño adecuado, se debe determinar las características a seleccionar:

• Que tipo de vehículos existen

• Que mezcla de conductores

• Que condiciones especiales deben considerarse

3.2 CARACTERÍSTICAS DEL USUARIO

3.2.1 PEATÓN, CONDUCTOR, VISIÓN Y REACCIONES FÍSICAS Y PSICOLÓGICAS

Consultar en la [Ref-02], páginas 40, 43, 45 y 50 respectivamente

3.2.2 DISTANCIA PARA DETENER UN VEHÍCULO

Las distancia para detener un vehículo, llamada distancia de parada, Dp depende de los tiempo de percepción, de reacción y de frenado, se Expresa como: Dp = dp + dr + df

Donde:

dp = distancia recorrida durante el tiempo de percepción

dr = distancia recorrida durante el tiempo de reacción

df = distancia recorrida durante el tiempo de frenado

)(2546.3

22

pfl

VfVotpVoDp

±⋅−

+⋅

=

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Vo = Velocidad inicial (km/h)

Vf = Velocidad inicial (km/h)

Fl = coeficiente de fricción llanta–pavimento

p = Pendiente longitudinal de la rasante

+p en pendiente de ascenso

-p en pendiente de descenso

tp = tiempo de percepción + reacción

Coeficiente de fricción longitudinal para pavimentos húmedos, para paradas por la presencia de un obstáculo adelante.

A continuación se presenta ejemplos de aplicación de la formula de distancia de parada –Dp.

EJEMPLO 1 – DISTANCIA DE PARADA EN DISEÑO GEOMÉTRICO DE VIAS

En el Diseño geométrico, la vía simple le debe proveer al conductor una distancia de visibilidad, al menos igual a la distancia de parada. Si esto no se realiza, una situación puede aparecer en que el conductor que circula por una curva ante la presencia de un obstáculo sobre la vía, no tenga suficiente distancia para parar y por lo tanto colisionar con el.

Por lo tanto, se asume, en el peor de los casos, que el conductor que encuentra un obstáculo en su carril de circulación, no puede equivocarlo. Esto es, el conductor deberá ver el obstáculo con suficiente tiempo que le permita percibirlo, reaccionar y parar.

Calcular la mínima distancia de visibilidad de una carretera de velocidad de diseño 100 km/hora. En Colombia, actualmente se recomienda un tiempo de percepción + reacción de 2.0 segundos para propósitos de diseño. tpr = 2.0 seg. Supóngase que la rasante tiene una pendiente de 4% de ascenso.

Vo = 100 km/hr, Vf= 0 (el vehículo se detiene justo antes del obstáculo), tpr=2.0 seg

fl=0.12, p=+0.04 (ascendente)

EJEMPLO 2 – EL AMARILLO Y EL TODO ROJO EN UNA INTERSECCIÓN SEMAFORIZADA

El cambio de luz verde no puede realizarse instantáneamente de una calle a otra, pues los vehículos que se aproximan a la intersección, cuando la luz cambia, no son capaces de detenerse de manera

Percible la situaciónPOSICIÓN INICIAL:

Se detiene o continúa

Movimiento Desacelerado

Dp

dfdp

POSICIÓN INTERMEDIA:Aplica los frenos

Movimiento Uniforme

VoVo

POSICIÓN FINAL:

Vf

metrosDp 62.301)04.012.0(254

0100

6.3

0.2100 22

=+⋅−

+⋅

=

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segura. Si los vehículos son liberados instantáneamente desde la calle en conflicto, ocurrirán accidentes. Para evitar este debe proveerse un intervalo de despeje denominado intervalo de cambio (amarillo + todo rojo).

Y = A + TR

Y = intervalo de cambio, A = Amarillo , TR = todo rojo

Cualquier Vehículo lejos de esa distancia, cuando aparece el amarillo, será capaz de parar de manera segura.

Cualquier vehículo justo o muy cercano al semáforo y que se encuentre dentro de dicha distancia, cuando aparezca el amarillo, no será capaz de parar de manera segura. Tal vehículo se le permitirá pasar a través de la intersección de manera segura, antes de liberar el flujo de conflicto (la siguiente fase).

Supuestos:

• Velocidad de aproximación = 50 km/h = Vo = 13.89 m/seg

• Tiempo de percepción + reacción = 0.5 segundos

• Coeficiente de fricción longitudinal = fl = 0.37

• Vf = 0, el vehículo se detiene totalmente

• p = 0, se supone una intersección a nivel

En términos generales si se supone que el vehículo se aproxima a una velocidad uniforme Vo y cruza la intersección con esta misma velocidad, entonces:

Distancia = Velocidad x Tiempo : Tiempo = Distancia / Velocidad

LA DISTANCIA TOTAL PRA ESTOS INTERVALOS ESTA REALCIONADA CON LA DISTACIA DE SEGURIDAD DE PARADA

A1

Y

DIAGRAMA DE BANDAS CON REPARTOS

G1

Ø - 1

R2

Ø - 2

Dp

LW

50 km/h

CICLO

CICLO

R1

R2A2G2

A2

Ø - 1 Ø - 2

mDp 55.33)037.0(254

050

6.3

5.050 22

=+⋅

−+

⋅=

15




EJEMPLO 3 – COLOCACIÓN DE UNA SEÑAL

Un conductor de visión promedio 20/40 viaja a 90 km/h en el carril derecho de una autopista, donde los enlaces de salida esta diseñados para 40 km/h. Cual es la mínima distancia a que se debe colocar la señal de salida (Informativa de destino) antes de ella con letras de 15 centímetros de altura.

Supuestos:

Tp = Tiempo percepción + reacción = 2.0 seg

p = -0.01 = 1% en descenso

Los conductores con visión 20/20 pueden leer

Letras de 2.5 cm de altura a una distancia de 18m

La distancia de parada para pasar de 90 km/h

A 40 km/h es:

Para V1= 90 km/h => fl = 0.315

Para V2= 40 km/h => fl = 0.400

fl (promedio) = (0.315 + 0.400) / 2 = 0.358

Los conductores con visión 20/20 pueden leer la señal (con letras de 15 cm de altura) a una distancia = 18m (15cm / 2.5cm) = 108 metros

Por lo tanto los conductores con visión 20/40 podrán leer la señal a una distancia igual a la mitad: d=108 / 2 = 54 metros.

De esta manera la señal debe ser colocada antes del enlace de salida a una distancia :

X = Dp – d = 123.54 – 54 = 69.54 metros.

3.3 CARACTERÍSTICAS DEL VEHÍCULO

Estudiar el capitulo No. 5 de la [Ref-02].

3.4 CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA VIAL

3.4.1 GENERALIDADES

Se entiende por camino, aquella faja de terreno acondicionada para el tránsito de vehículos. La denominación de camino incluye a nivel rural las llamadas carreteras y a nivel urbano las calles de la ciudad. El diseño geométrico de las carreteras y calles, incluye todos aquellos elementos relacionados con el alineamiento horizontal, el alineamiento vertical y los diversos componentes de la sección transversal.

segVo

LW

Vo

DpTRAY 68.326.142.2

89.13

50.512

89.13

55.33=+=

++=

++=+=

FU

NZ

AB

OG

OT

A

xd

Dp

p=-1%

V1=90 km/h AUTOPISTA

Enlace

mDp 54.123)01.0358.0(254

4090

6.3

0.290 22

=−⋅

−+

⋅=

16




3.4.2 CLASIFICACIÓN DE UNA RED VIAL

CLASIFICACÍON FUNCIONAL

Dentro de un criterio amplio de planeación, la red vial, tanto rural como urbana, se debe clasificar de tal manera que se puedan fijar funciones específicas a las diferentes carreteras y calles, para así atender las necesidades de movilidad de personas y mercancías, de una manera rápida, confortable y segura, y a las necesidades de accesibilidad a las distintas propiedades o usos del área colindante.

Para facilitar la movilidad se debe contar con carreteras y calles rápidas y para tener acceso es indispensable contar con carreteras y calles lentas.

Las carreteras y las calles urbanas pueden clasificarse en tres grandes grupos: Principales (arterias), secundarias (colectoras) y locales.

A continuación se muestra la relación entre movilidad y accesibilidad de acuerdo a la clasificación de las vías.

Clasificación funcional

de un sistema vial

SISTEMA VIAL URBANO

En el siguiente gráfico se muestra, en términos de movilidad y accesibilidad, la clasificación de un sistema vial urbano.

ACCESIBILIDADPrincipales

MO

VIL

IDA

DL

oca

les

Se

cund

ari

as

Prin

cip

ale

s

LocalesSecundarias

tricción deSin res-

accesos

No

exis

tetr

áns

ito d

e p

aso

a las propiedadesde los serviciosAumenta el uso

accesos

Controlparcial de

accesos

ACCESIBILIDAD

total de Control

MO

VIL

IDA

D

No

exis

nte

trán

sito

loca

ld

e pa

so y

vel

ocid

adA

umen

ta e

l trá

nsito

Loca

les

Ca

lles

Au

topi

stas

Cal

les

Col

ecto

ras

Art

eria

s M

eno

res

Ma

yore

sA

rter

ias

17




Se utilizará la siguiente clasificación:

• Autopistas y vías rápidas: Son las que facilitan el movimiento de grande volúmenes de tránsito entre áreas, a través o alrededor de una ciudad o área urbana. Son divididas, con control total de sus accesos y sin comunicación directa con las propiedades colindantes. Un autopista tiene separación total con los flujos conflictivos, se pueden tener intersecciones a desnivel, pero también pueden ser una etapa anterior a una autopista. Estos tipos de arterias forman parte del sistema o red vial primaria de un área urbana.

• Calles principales: Son las que permiten el movimiento del tránsito entre áreas o partes de la ciudad. Dan servicio a los generadores principales de tránsito, y se conectan con el sistema de autopistas rápidas. Con frecuencia son divididas y pueden tener control parcial de sus accesos. Las calles principales se combinan entre sí para formar un sistema que mueve el tránsito en toda la ciudad, en todas las direcciones.

• Calles colectoras: Son las que ligan las calles principales con las calles locales, proporcionando a su vez acceso a las propiedades colindantes.

• Calles locales: Proporcionan acceso directo a las propiedades, sean residenciales, comerciales, industriales, etc, además facilitan el tránsito local. Se conectan directamente con las calles colectoras y/o calles principales.

3.4.3 TIPOS DE CAMINOS

En Colombia se pueden distinguir los siguientes tipos de caminos:

• Clasificación de transitabilidad:

o Camino de tierra o en terracería: transitable en tiempos de secas

o Camino revestido: transitable todo el tiempo

o Camino pavimentado: tratamiento superficial, asfalto o concreto

• Clasificación administrativa: Por lo general es independiente de las características técnicas del camino. Hay una división según la dependencia del gobierno que tiene a cargo su construcción, conservación u operación,

o Camino Nacional: Son aquellas que cumplen la función básica de integración de las principales zonas de producción y consumo del país y de éste con los demás.

o Camino Departamentales: Son aquellos a cargo del departamento, las que comunican entre sí dos cabeceras municipales, así como la porción territorial correspondiente de las vías Inter-departamentales que no sena parte de la red nacional.

o Caminos distritales y municipales: Son a cargo de los municipios y distritos capitales, construidas para la movilización interna e intercomunicación con la red nacional o departamental.

o Caminos vecinales o veredales: Son a cargo de los municipios y en algunas oportunidades construidos por particulares.

18




• Clasificación según sus características:

o Autopistas: Es una vía de calzadas separadas, cada una con dos o mas carriles, con control total de accesos y salidas.

o Carreteras multicarriles: Son carreteras divididas, con dos o mas sentidos, con control parcial o total de acceso y salida.

o Carreteras de dos carriles: Constan de una sola calzada de dos carriles, uno por sentido de circulación, con intersecciones a nivel y accesos directos desde sus márgenes.

• Clasificación por el tipo de terreno

o Camino de Terreno plano: combinación de alineamiento horizontal y vertical que permite a los vehículos pesados mantener su velocidad aproximadamente igual a los vehículos livianos. (pendientes del terreno entre 0 y 5%)

o Camino de Terreno Ondulado: combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículo pesados a reducir sus velocidades significativamente por debajo de las de los vehículos de pasajeros, sin ocasionar el que aquellos operen a velocidades sostenidas en rampa por un intervalo de tiempo largo. (pendientes del terreno entre el 5 a 25%)

o Camino de Terreno montañoso: Es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a circular a velocidad en rampa durante distancias considerables o intervalos frecuentes. (pendientes del terreno entre el 25 al 75%)

o Camino de Terreno Escarpado: Es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a operar a menores velocidades sostenidas en rampa que aquellas a las que operan en terreno montañosos, para distancias significativas o a intervalos muy frecuentes. (pendientes del terreno mayores al 75%)

• Partes integrantes de una carretera:

o Calzada o superficie de rodamiento: es aquella faja que se ha acondicionado especialmente para el tránsito.

o Carril: es aquella parte de la calzada o superficie de rodamiento , de ancho suficiente par ala circulación de una sola fila de vehículos.

o Bermas: son faja a ambos lados de la calzada que dan confinamiento lateral a la superficie de rodamiento y eventualmente se utilizan como estacionamiento provisional en casos de emergencia.

o Corona: es la superficie terminada de la carretera. Incluye calzada mas bermas.

o Hombro: es la línea de intersección entre las líneas definidas por el terraplén y la corona, o por esta in la parte interior de la cuneta.

o Cunetas: paralelas a las bermas y destinadas para evacuar el drenaje superficial.

o Contra-cunetas: es en aquellos lugares donde se debe desviar corrientes de agua y evitar que invadan la carretera.

o Taludes: son superficies inclinadas , comprendidas entre las cunetas y el terreno natural.

19




o Drenaje Transversal: esta formado por las alcantarillas circulares y de cajón y estructuras mayores (puentes), que permiten que el agua cruce de un lado a otro de la vía.

o Rasante: es la proyección vertical del desarrollo del eje real de la superficie de rodamiento de la carretera.

o Sub-rasante: es aquella superficie de terreno especialmente acondicionada sobre la cual se apoya la estructura del pavimento.

o Pavimento: es la superficie especialmente tratada con materiales perdurables y que permiten un tránsito rápido, eficiente y sin polvo.

• Especificaciones de la sección transversal: Estas especificaciones provienen principalmente de la American Association of State Highway ans Transportation Officials (ASSHTO), que generalmente han sido adoptadas en América.

o Ver recomendaciones [Ref – 01], paginas 141 y 143

o Ver recomendaciones [Ref – 02], paginas 110 y 111

o Ver recomendaciones [Ref – 03], paginas

� Generalidades:315, 316

� Vías Urbanas: 387 y 388

� Arterias urbanas y rurales: 428 y 429

� Autopistas: 508

CARRIL

CALZADA

CORONA

SUBRASANTE

SECCIÓN TIPICA PARA TERRENO ESCARPADO

BERMA-CUNETA

BASE GRANULAR

BERMACUNETA REVESTIDACONCRETO ASFÁLTICO

SUBBASE GRANULAR

VA

RIA

BLE

1

ROCA

0.30

TALUD VARIABLE

BOMBEO O PERALTECARRIL

20 %BOMBEO O PERALTE

RASANTE

LC

MURO

BERMA

20




4 VOLUMEN DE TRÁNSITO

4.1 GENERALIDADES

Los volúmenes de tránsito:

• Cargan – las carreteras, calle e intersecciones

• En el Tiempo – los vehículos consumen tiempo y realizan desplazamientos en épocas del año, días de la semana y horas del día.

• En el Espacio: Los vehículos ocupan un lugar al ir de un origen a un destino

El volumen de tránsito es la medida básica de la ingeniería de tránsito. Es sinónimo de conteo, o aforo de vehículo, peatones o pasajeros.

4.2 DEFINICIONES

4.2.1 CONCEPTOS BÁSICOS

Los conteos o aforos se usan para estimar:

• El volumen y tasa de flujo

• La demanda

• La Capacidad

Estos tres parámetros se relacionan estrechamente y usan las mismas unidades , si embargo no significan lo mismo.

• Volumen (Q): Es el número de vehículos (o personas) que pasan por un punto durante un tiempo específico.

• La Demanda (D): Es el número de vehículo (o personas) que deseen viajar y pasar por un punto durante un tiempo específico.

• Capacidad (C): Es el número máximo de vehículos que pueden pasar por un punto durante un tiempo específico.

Cuando la congestión la congestión existe, es por que la demanda es mayor que los volúmenes actuales. Por esto, en algunos viajes se desvían por rutas alternas, y simplemente algunos viajes no se realizan debido a las restricciones del sistema.

Los volúmenes Q actuales nunca podrán se observados a niveles mayores que la capacidad C, pero hay situaciones en que esto parece que ocurre, debido a que la capacidad ha sido calculada (estimada) y no directamente observada.

A continuación se muestran situaciones de malas estimaciones de la Demanda, con base a mediciones de volúmenes:

A) La demanda D no alcanza el punto de medición Q, si haber sido distorsionada.

INTERSECCIONES

D

Q

PUNTO DE MEDICIÓN

21




B) El volumen observado Q refleja la descarga corriente abajo del cuello de botella, mas no la demanda D, corriente arriba del cuello de botella.

La demanda D es una medida del número de vehículos o personas que esperan ser servidos en el intervalo de tiempo dado, distinto del número de los que si pueden ser servidos C.

Solo si D < C => Q = D - La estimación de D con base a Q es correcta. En éste caso Q se expresa como:

Q = n / t

Donde:

Q = vehículos en unidad de tiempo

n = vehículos que pasan

t = tiempo (periodo)

4.2.2 VOLÚMENES DE TRÁNSITO TOTALES

Es el número total de vehículos (n) que pasan durante un tiempo unitario determinado (t=1)

Si t = 1 año => Q = TA = tránsito anual

Si t = 1 mes => Q = TM = tránsito mensual

Si t = 1 semana => Q = TS = tránsito semanal

Si t = 1 día => Q = TD = tránsito diario

Si t = 1 hora => Q = TH = tránsito horario

Si t < 1 hora => Q = q = tasa de flujo

t = 1 año = 1 meses = 52 semanas = 365 días = 8760 horas

m, s ,d ,h = mes, semana, día y hora del año

CUELLO DE BOTELLAC

D

PUNTO DE MEDICIÓN

Q

∑ ∑∑∑= ===

====365

1

8760

1

52

1

12

1 d h

hd

s

s

m

m THTDTSTMTA

∑∑∑===

===7

111

,,j

js

D

j

j

S

i

im TDTStambientDTSTM

22




4.2.3 VOLÚMENES DE TRÁNSITO PROMEDIO DIARIO - TPD

N = Número de vehículos que pasan durante t días, TPD = vehículos / día

Tránsito promedio diario Anual

Tránsito promedio diario Mensual

Tránsito promedio diario Semanal

4.2.4 VOLÚMENES DE TRÁNSITO HORARIOS (TH)

• Transito horario máximo anual – TH :

Es la hora de mayor volumen de las 8760 horas del año

• Transito horario pico – THP :

Es el máximo número de vehículos que pasan durante 60 minutos consecutivos

• Transito horario Décimo, vigésimo, trigésimo Anual – 10TH, 20TH. 30TH

Es el volumen horario de un año determinado que es excedido por 9, 19 y 29 volúmenes horarios, respectivamente.

• Transito horario de Diseño – THD :

Es el volumen utilizado para definir las características geométricas de la vía.

añotdía

NTPD

11 ⟨⟨=

365

TATPDA =

30

TMTPDM =

7

TSTPDS =

23




4.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO

4.3.1 DISTRIBUCIÓN Y COMPOSICIÓN DE LOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO

A nivel urbano, con vías de tres carriles y separador central, por el carril central se general la mayor velocidad y capacidad, por los carriles laterales el flujo es más lento por la fricción lateral (giros paraderos, etc).

A nivel rural, en vías con separador central y dos carriles, por el carril izquierdo los vehículos se desplazan más rápido y para adelantamientos., por el carril derecho hay mayores volúmenes.

En vías rurales de dos carriles, en Colombia, generalmente se presenta una distribución direccional 50/50.

CARRILES EXTREMOSFLUJO MAS LENTO

POR FRICCIÓN LATERAL(GIROS, PARADEROS, ETC)

MAYOR VELOCIDADY CAPACIDAD

CARRIL CENTRAL

PARADEROS

MAYORES VOLÚMENESCARRIL DERECHO

ADELANTAMIENTORÁPIDOS Y PARAVEHÍCULOS MÁS

CARRIL IZQUIERDO

24




1.00 1.00 6 6 22

EJE 1 EJE 2 EJE 1 EJE 2 EJE 3

TAN

3.00 6.00

EJE 1 EJE 2

6 11 22

EJE 1 EJE 2 EJE 3

C4 TAN

4.00 8.00

EJE 1 EJE 2

6 22 11

EJE 1 EJE 2 EJE 3

4.00 9.00 TAN

EJE 1 EJE 2

C5

3.00 9.00 6 22 22

EJE 1 EJE 2 EJE 1 EJE 2 EJE 3

TAN TAN

6.00 11.00 >C5

EJE 1 EJE 2

6 22 24

EJE 1 EJE 2 EJE 3

TAN TRID

6.00 22.00

EJE 1 EJE 2

TAN

C3

5 11

EJE 1 EJE 2 EJE 3

C3 S2

C3 S3

C3 S1

C4

C2 S2

AUTOMOVIL

BUSES BUS

METROPOLITA

NO

CAMION

PEQUEÑO

MICROBUS

CAMION

GRANDE

TIPO DE VEHICULO ESQUEMA CARGA POR EJE (Ton)

C3

C2 S1

11

C2G

C2P

BUSETA

BUS

TIPO DE VEHICULO ESQUEMA CARGA POR EJE (Ton)

AUTOS

CAMPEROPICK-UP

CAMIONETA

27 Ton

28 Ton

17 Ton

12 Ton

52 Ton

50 Ton

39 Ton

39 Ton

4.3.2 COMPOSICIÓN VEHICULAR

Los vehículos anteriores son categorías INVIAS

25




VOLÚMENES MENSUALES TRÁNSITO PROMEDIO DIARIO MENSUAL

MES DEL AÑO

No.TRANSITO MENSUAL

(TM)

MES DEL AÑO

No. DIAS

TRANSITO MENSUAL

(TM)TPDM(TM)

ENERO 1 541 555 ENERO 31 541 555 17 470 FEBRERO 2 501 920 FEBRERO 28 501 920 17 926 MARZO 3 557 418 MARZO 31 557 418 17 981 ABRIL 4 527 441 ABRIL 30 527 441 17 581 MAYO 5 554 376 MAYO 31 554 376 17 883 JUNIO 6 567 386 JUNIO 30 567 386 18 913 JULIO 7 567 570 JULIO 31 567 570 18 309 AGOSTO 8 581 425 AGOSTO 31 581 425 18 756 SEPTIEMBRE 9 566 706 SEPTIEMBRE 30 566 706 18 890 OCTUBRE 10 589 108 OCTUBRE 31 589 108 19 003 NOVIEMBRE 11 583 447 NOVIEMBRE 30 583 447 19 448 DICIEMBRE 12 651 458 DICIEMBRE 31 651 458 21 015 TOTAL 6 789 810 TOTAL 6 789 810 PROM - TPMA = 565 818 PROM - TPDM = 565 818 18 598

PEAJE ANDES - CARRETERA BOGOTA - BRICEÑO - 2002

810789612

1

==∑=m

mTMTA

día

vehículosTATPDA 60218

365

8107896

365===

mes

vehículosTM

TPMAm

m

81856512

8107896

12

12

1 ===∑=

-

100 000

200 000

300 000

400 000

500 000

600 000

700 000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12MESES

VEHÍCULOS MES

TPMA=565 818

-

5 000

10 000

15 000

20 000

25 000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12MESES

VEHÍCULOS MES

TPDA=18 602

DIA DE LA SEMANA

TRANSITO DIARIO

(TD)LUNES 15 859 MARTES 16 615 MIERCOLES 17 411 JUEVES 17 279 VIERNES 20 363 SABADO 22 643 DOMINGO 18 181 TOTAL 128 351 PROM - TPDS = 18 336

-

5 000

10 000

15 000

20 000

25 000

1 2 3 4 5 6 7MESES

VEHÍCULOS MES

TPDS=18 336

4.3.3 VARIACIÓN MENSUAL DE LOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO DURANTE UN AÑO

4.3.4 VARIACIÓN DIARIA DE LOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO DURANTE UNA SEMANA

26




4.4 VOLÚMENES DE TRÁNSITO FUTURO

4.4.1 RELACIÓN ENTRE EL TRÁNSITO HORARIO DE DISEÑO (THD) Y EL TRÁNSITO PROMEDIO DIARIO ANUAL (TPDA)

Con la ecuación anterior se tienen 8760 tránsitos horarios (TH) en un año de 365 días (h=1, 2, ......., 8760 horas)

, TH expresado como porcentaje del TPDA.

Organizando los THh de mayor a menor se tiene:

Para CARRETERAS EN Colombia, el K30 varia entre el 8% y el 20%, dependiendo del tipo de carretera en Colombia.

Como el INVIAS solo dispone de los volúmenes horarios (TH), durante siete días (168 horas), con el propósito de obtener un Kh de diseño, una buena aproximación puede ser:

∑=

=8760

1h

hTHTA

TPDA

THKh h=

NÚMERO DE HORAS DEL AÑO CONTRÁNSITO HORARIO (TH) MAYOR AL INDICADO

K30

4030200 10

TH

co

mo

% d

el T

PD

A

TH30 = K30 (TPDA) = THD

TOMANDO PARA DISEÑO

PUNTO DE INFLEXIÓN

8760

semanaldiariopromedioTráfico

semanalmaximohorariotránsitodeVolumen

TPDS

THMSK ==

27




AÑO SECTOR THMS (*) TPDS (**) K 1 996 Mediacanoa - Loboguerrero 329 3271 0.101 1 996 Dagua – Loboguerrero 224 2299 0.097 1 996 Loboguerrero – El Pailón 297 3324 0.089 1 996 Mediacanoa – Buga 1063 9551 0.111 1 996 Vijes – Mediacanoa 836 7411 0.113 1 996 Guacarí – Buga 890 8507 0.105 1 996 Buga – Tulúa 1200 12270 0.098 1 995 Florencia – Aeropuerto 310 2304 0.135 1 995 El Doncello – Puertorico 94 950 0.099 1 997 Aguazul - Yopal 387 4028 0.096 1 997 Astillero – Zulia 140 1590 0.088 1 997 Zulia - Cúcuta 1044 4990 0.209 1 998 Ventaquemada - Villapinzón 140 6348 0.112

* THMS = Vehículos mixtos / hora / ambos sentidos

** TPDS = Vehículos mixtos / hora / ambos sentidos

Obsérvese que un valor promedio de “K” es de 0.10, que se puede usar en ausencia de información.

4.4.2 RELACIÓN ENTRE EL TRÁNSITO PROMEDIO DIARIO ANUAL (TPDA) Y EL TRÁNSITO PROMEDIO DIARIO SEMANAL (TPDS)

Con base en el TPDs (tránsito promedio diario semanal), se puede calcular el TPDa (tránsito promedio diario anual), con un intervalo de confianza, mediante procedimiento estadístico.

TPDa = TPDs ± K

Donde ,

N : días del año (365 o 366)

n : número de días del conteo (7)

B : Valor adoptado para el coeficiente de confianza

σ : Desviación estándar (valor dado en la cartilla)

Cc : porcentaje de confiabilidad requerido

−−

=

1N

nN

n

BK

σ

−=

CcB

1

1

( )∑=

−=

n

i

i

n

TPDsx

1

2

2σ

28




4.5 PRONÓSTICO DE VOLUMEN DE TRÁNSITO FUTURO

Vidas esperadas:

• Derechos de vías : 100 años

• Puentes : 25 a 100 años

• Pavimentos : 10 a 20 años

• Tránsito (diseño vial ): 10 a 20 años

Pronóstico del Volumen de tránsito futuro

Volumen de Tránsito actual Incrementos de los volúmenes

de tránsito

TF = TA + IT

Volumen que usará la vía mencionada o la nueva vía, en el

momento de darse completamente al servicio

Esperado al final del periodo

de diseño o año meta seleccionado para diseño

4.5.1 CLASES DE PROYECTOS DE CARRETERAS

• Construcción : Es el conjunto de todas las obras de infraestructura a ejecutar en una vía proyecta, en un tramo faltante mayor al 30% de una vía existente y/o en variantes.

• Mejoramiento: Consiste básicamente en el cambio de especificaciones y dimensiones de la vía o puentes; para lo cual, se hace necesaria la construcción de obras en infraestructura ya existente, que permitan una adecuación de la vía a los niveles de servicio requeridos por el tránsito actual y proyectado.

• Rehabilitación: Actividades que tienen por objeto reconstruir o recuperar las condiciones iniciales de la vía, de manera que se cumplan las especificaciones técnicas con que fue diseñada.

• Mantenimiento Rutinario: Se realiza en vías pavimentadas y no pavimentadas, se refiere a la conservación continua ( a intervalos menores de un año)de las zonas laterales y a intervenciones de emergencias de la banca, con el fin de mantener las condiciones óptimas para la transitabilidad en la vía.

• Mantenimiento periódico: Se realiza en las vías pavimentadas y en afirmado. Comprende la realización de actividades de conservación a intervalos variables, relativamente prolongados (3 a 5 caños), destinados primordialmente a recuperar los deterioros de la capa de rodadura ocasionados por el tránsito y por fenómenos climáticos. También podrá contemplar la construcción de algunas obras de drenaje menores y de protección faltantes en la vía.

29




Volumen de Tránsito actual

Tránsito existente Tránsito atraído

TA = TE + Tat

• Una vía existente tiene un TA = TE

• Si la vía mejora tendrá TA = TE + Tat

• Una nueva vía tendrá un TA = Tat

Los usuarios componentes del TAt por una vía alterna, no cambia ni su origen ni su destino, ni su medio de viaje ( es un tránsito desviado). Eligen la vía alterna por mejora en:

• Distancia

• Geometría

• Comodidad

• Seguridad

Volumen de Tránsito actual

Crecimiento normal del tránsito

Tránsito Generado

Tránsito Desarrollado

IT = CNT + TG + TD

Crecimiento del

parque automotor Viajes que no se

hubieran generado si la vía no se construye

Por mejoras del

suelo lateral

TF = TA + IT

TF = TA + CNT + TG + TD

Sea FP igual al factor de proyección: es un factor (número) por el cual hay que multiplicar al tránsito actual para obtener el tránsito futuro “TF”

TF = TA (FP)

FP = TF / TA = ( TA + CNT + TG + TD ) / TA

FP = 1.00 + (CNT / TA) + (TG / TA) + (TD / TA)

donde, 1.5 < FP < 2.5 para periodos de diseño de 20 años

TG/TA = 0.05 a 0.25

TD/TA = 0.05

30

DISEÑO DE VÍAS

APUNTES DE CLASE

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL


4.5.2

EJE

MPLO DE CÁLCULO DEL THD

AÑO

TPDS

1990

5 4

16

70

15

51991

5 0

19

68

28

41992

5 5

74

66

26

81993

5 2

74

62

22

16

1994

5 5

44

60

30

10

1995

5 6

74

66

25

91996

5 6

76

65

26

91997

5 8

14

64

25

11

1998

5 6

67

63

24

13

1999

5 8

91

60

26

14

2000

5 8

34

62

28

10

2001

6 5

15

61

27

12

A -

Auto

sB

- B

uses

C -

Cam

iones

B =

3.1

6227766

3 7

91

812

271

σ =

555

3 4

13

1 4

05

201

N =

365

3 6

79

1 4

49

446

n =

7

3 2

70

1 1

60

844

K =

658

3 3

26

1 6

63

554

R =

2.5

0%

3 7

45

1 4

19

511

3 6

89

1 4

76

511

3 7

21

1 4

54

640

3 5

70

1 3

60

737

3 5

35

1 5

32

825

3 6

17

1 6

34

583

3 9

74

1 7

59

782

Crecim

iento

del TPDs

TPDa = TPDs -

KTPDa = TPDs

+ K

Crecim

iento

del TPDs

TPDa = TPDs -

KTPDa = TPDs

+ K

a =

Año d

el A

foro

:2 0

01

6 5

15

5 8

57

7 1

73

6 5

15

5 8

57

7 1

73

c =

Dura

ció

n c

osntr

ucció

n (

años)

2

e =

Años d

e la P

royeció

n15

b =

Trá

nsito E

xis

tente

(TE

)6 4

70

5 8

12

7 1

28

7 1

91

6 4

65

7 9

17

g =

Trá

nsito A

traid

o (

Tat)

= 2

5%

TE

= 0

.25 x

b1 6

17

1 4

53

1 7

82

1 7

98

1 6

16

1 9

79

h =

Trá

nsito A

ctu

al (T

A =

TE

+ T

at)

= b

+ g

8 0

87

7 2

65

8 9

10

8 9

89

8 0

81

9 8

97

i =

Cre

cim

iento

Norm

al del Trá

nsito (

CN

T)

= f -

b1 4

52

1 4

52

1 4

52

3 7

51

3 3

72

4 1

30

Fp =

1 +

CN

T/T

A +

TG

/TA

+ T

D/T

A =

1.4

31.4

51.4

11.6

71.6

71.6

7TG

/ T

A =

0.2

TD

/ T

A =

0.0

5

Trá

nsito F

utu

ro =

TF

= T

A x

Fp =

11 5

61

10 5

33

12 5

89

14 9

88

13 4

74

16 5

01

Trá

nsito H

ora

rio d

e D

iseño =

TH

D =

0.2

0 T

PD

a2 3

12

2 1

07

2 5

18

2 9

98

2 6

95

3 3

00

7 2

99

7 5

55

6 7

92

8 3

18

6 4

65

7 9

17

7 9

21

7 2

64

8 5

79

10 9

42

9 8

38

12 0

47

6 6

41

5 9

83

6 4

70

5 8

12

7 1

28

7 1

91

f =

Año d

e la P

royeció

n =

(y =

85.3

85 x

(2

022)

- 164 7

27)

- E

cuaciò

n lin

eal

b =

Año E

xis

tente

= (

y =

85.3

85 x

(2

005)

- 164 7

27)

- E

cuaciò

n lin

eal

2 0

22

2 0

05

d =

Año B

ase =

=

(y =

85.3

85 x

(2007)

- 164 7

27)

- E

cuaciò

n lin

eal

2 0

07

Regresiòn Lineal

Proyecciòn Interes Compuestos Y = TPDs (

1+ R)n

DESCRIPCIÓN ( Se adopta para el ejercicio la

ecuación lineal)

DISTRIBUCIÒN

REGRESIÓN LINEAL

y =

85.3

85x -

164727

R2 =

0.7

048

4 7

00

5 2

00

5 7

00

6 2

00 1

990

1 9

92

1 9

94

1 9

96

1 9

98

2 0

00

2 0

02

AÑOS

TPDs

REGRESIÓN LOGARITMICA

y =

170354Ln(x

) -

1E+06

R2 =

0.7

046

4 7

00

5 2

00

5 7

00

6 2

00 1

990

1 9

92

1 9

94

1 9

96

1 9

98

2 0

00

2 0

02

AÑOS

TPDs

REGRESIÓN POTENCIAL

y =

2E

-95

x29.8

31

R2 =

0.7

09

7

4 7

00

5 2

00

5 7

00

6 2

00 1

99

01

99

21

99

41

99

61

99

82

00

02

00

2

AÑOS

TPDs

REGRESIÓN EXPONENCIAL

y =

6E

-10

e0.0

15x

R2 =

0.7

09

9

4 7

00

5 2

00

5 7

00

6 2

00 1

99

01

99

21

99

41

99

61

99

82

00

02

00

2

AÑOS

TPDs

REGRESIÓN LINEAL A-B-C

y =

19.1

26x -

34556

R2 =

0.1

164

y =

47.1

02x -

92564

R2 =

0.4

685

y =

39.9

88x -

79220

R2 =

0.4

91

200

700

1 2

00

1 7

00

2 2

00

2 7

00

3 2

00

3 7

00 1

990

1 9

92

1 9

94

1 9

96

1 9

98

2 0

00

AÑOS

TPDs

31




5 CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO

5.1 INTRODUCCIÓN

Una buena parte de los análisis de Capacidad y Niveles de servicio se apoyan en el Manual de Capacidad Vial (HCM – Highway Capacity Manual) del TRB (Transportation Research Board). [Ref – 05]

• La capacidad en un sistema vial, refleja la habilidad para acomodar una corriente vehicular.

• La capacidad y los Niveles de Servicio, se necesitan para llevar cabo decisiones y acciones en la planeación del transporte.

• La capacidad tiene que ver con los siguientes aspectos:

o Cual es la calidad del servicio ofrecido por un sistema vial existente y que tanto incremento de tránsito puede tolerar.

o Que tipo de sistema vial necesita para acomodar un flujo vehicular dado.

o Que configuración de carriles se necesitan para diversos TPD en autopistas y carreteras

o Que diseños de carreteras y calles se necesitan (capacidades) para servir a un plan vial.

5.2 CAPACIDAD

La capacidad en un sistema vial se define como la tasa máxima horaria a la cual personas o vehículos se espera que razonablemente puedan pasar por un punto o sección uniforme de un carril o calzada durante un intervalo de tiempo dado, bajo las condiciones prevalecientes de la vía, el tránsito y los controles.

• La capacidad es una medida puntual. – se realiza para segmentos que tienen condiciones uniformes de la vía, el tránsito y de los controles.

• La capacidad es una tasa (en 15 minutos), no es el máximo volumen que se acomoda en una hora. Es el intervalo de máximo flujo

5.3 NIVEL DE SERVICIO

Usa medidas cualitativas, que caracterizan las condiciones de operación dentro de una corriente vehicular y su percepción por motorista y pasajeros.

Factores que se usan:

• La Velocidad

• El tiempo de Viaje

• La libertad de maniobrar

• Las Interrupciones del Tránsito

• El confort

• La conveniencia

32




Niveles:

• A : Las mejores condiciones de operación

• B

• C : Para propósitos de diseño y planeación

• D

• E : su máximo volumen representa la Capacidad

• F : Las peores condiciones de operación.

Para fines prácticos de la realización del proyecto vial, se utilizará el programa CNS97 de la Universidad del Cauca, con el cual se determinará la capacidad y nivel de servicio para vías de dos carriles.

El programa se ejecuta desde DOS, haciendo doble clic, desde el explorador de windows, en el archivo CNS97.EXE, y con el siguiente procedimiento:

• Al iniciar el programa de debe hacer click en el menú desplegable de “CÁLCULOS”.

• En el último ítem de este desplegable aparece uno llamado “CÁLCULO DE CNS DE UNA SECCIÓN”, sobre el cual se deberá hacer click.

• En éste momento pregunta “CÓDIGO DE SECCIÓN”, y sobre la cual se deberá asignar el código que usted considere conveniente, ej. 0001, 0010, etc.

• A continuación aparece un menú desplegable, el cual se deberá llenar de acuerdo a las indicaciones de clase.

• Terminados de introducir los datos, se presiona F8 = “CNS”, y en la cual se indica los valores parciales del cálculo realizado. Aquí se puede ir verificado rápidamente el resultado obtenido, y chequear si corresponde al esperado.

• Con ESC = escape del teclado se termina esta ventana.

• Luego con F6 = “HOJA DE TRABAJO”, se puede imprimir (tenido en cuenta que la impresora debe estar conectada directamente al puerto, no se puede en red) o se puede visualizar los resultados por pantalla.

• La tecla de función “F10”, finalizada cada una de las ventanas.

33




5.4 PROYECTO DE TRÁNSITO

Determinar la velocidad media y el nivel de servicio para un corredor existente al cual se le realizará un mejoramiento cuya construcción será en periodo de 12 meses. Para éste efecto realizar:

• De acuerdo a la Cartilla de Volúmenes de Tránsito del INVIAS – 2002, tomar una estación de aforo y realizar la proyección de la serie histórica de los TPDs, para automóviles, buses y camiones.

• Las proyecciones se realizarán mediante regresiones: lineal, logarítmica, exponencial y potencial; para el año base y para un año de proyección de 20 años a partir del año base. Presentar las gráficas de cada una de las proyecciones.

• Explicar cual regresión de adoptó para la proyección del TPDs.

• Proyectar la serie de datos con la ecuación de interés compuesto, con una rata de crecimiento anual del 3.0%, y establecer criterios y comparaciones con las proyecciones anteriores.

• Establecer el TPDs y la redistribución de los porcentajes de A-B-C, para el año base, para el año de construcción y para el año de proyección.

• Determinar el TPDA, para el año base y el año de proyección.

• Realizar comentario y conclusiones de los resultado obtenidos

• Establecer el factor de proyección FP y determinar el THD, de acuerdo a los conceptos expuestos en clase. Explicar y realizar los comentarios del caso.

• Argumentar como se determinó el volumen de tráfico atraído, generado y desarrollado.

• Con la utilización del programa CNS-97 del la Universidad del Cauca, determinar la capacidad y nivel de servicio del tramo seleccionado, teniendo en cuenta lo siguiente:

o De acuerdo al THD y el TPDA, se deberá seleccionar el ancho de carril, bermas y de calzada para la vía, de acuerdo a las tablas de AASTHO y el manual del INVIAS.

o Utilizar como tipo de terreno uno congruente con el tramo de vía seleccionada.

o Para terreno Planos se deberá utilizar pendiente longitudinal de 1, 2 y 3%, y zonas de no rebase el 20%

o Para terreno Ondulado se deberá utilizar pendiente longitudinal de 3, 4 y 5% , y zonas de rebase el 40%

o Para terreno Montañoso se deberá utilizar pendiente longitudinal de 5, 6 y 7% , y zonas de no rebase el 60%

o Para terreno Escarpado se deberá utilizar pendiente longitudinal de 6, 7 y 8%, y zonas de no rebase el 80%

• Este proceso se deberá realizar, tanto para el año base como para el año de proyección.

• Utilizar como radio mínimo 100 metros y deflexión 40 grados.

• Se utilizará como IRI = 2 m/km (índice de rugosidad internacional) para el año de construcción.

• Se utilizará como IRI = 4 m/km (índice de rugosidad internacional) para el año proyectado.

• Colocar la distribución de A-B-C obtenida en las proyecciones.

• Utilizar como factor direccional 50% y explicar por que.

34




Se debe presentar un análisis de los resultados obtenidos, comparando el nivel de servicio del año base con el año de proyección, para cada una de las pendiente longitudinales, y efectuar las correspondiente recomendaciones.

Adicionalmente, para el año base y para el de proyección, diseñar las características de la vía para que se obtenga un nivel de servicio “C”, y compararlo con los obtenidos anteriormente.

35




6 PLANEACIÓN DE UN PROYECTO VIAL [Fuentes: Ref-01, Ref-03, Ref-04, Ref-07]

6.1 DEFINICIÓN

La planeación es un proceso continuo de previsión de recursos y servicios requeridos para obtener objetivos determinados según el orden de prioridades establecido y que permite escoger la o las soluciones óptimas entre varias alternativas.

6.2 CATEGORÍAS ESTRATÉGICAS DEL PROCESO DE PLANEACIÓN

La planeación se desarrolla en diferentes instancias jerarquizadas por niveles de responsabilidad y alcance.

Los planes de desarrollo constituyen la categoría superior, a partir de la cual se desprenden las unidades de gestión, que dan solución a los problemas específicos de la población.

Las unidades de gestión son:

• Programas

• Subprogramas

• Proyectos, que por su carácter de medios de acción, subordinan sus objetivos y estrategias a los establecidos en los planes de desarrollo.

6.2.1 PLANES DE DESARROLLO:

Comprenden el análisis de la problemática económica, social y ambiental a nivel nacional, departamental y municipal, a partir de la cual definen una estrategia de solución a seguir a mediano y largo plazo. La estrategia incluye la definición de los objetivos y metas del plan.; de las políticas generales y sectoriales; de los principales programas de gobierno; y del plan de inversiones para el período analizado.

6.2.2 EL PROGRAMA

Es la estrategia de la acción cuyas directrices determinan medio que articulados gerencialmente permiten dar una solución integra a los problemas. El objetivo general de un programa, que por definición debe tener carácter multisectorial, generalmente corresponde a uno de los objetivos establecidos por el plan de desarrollo. A partir del objetivo general se definen objetivos específicos, las metas, los tipos de proyectos y el plan de inversiones del programa.

6.2.3 SUBPROGRAMA

Es la desagregación de un programa de grupos homogéneos de proyectos. Esta homogeneidad no corresponde a un criterio único, ya que puede definirse por tecnología, ubicación, tamaño, etc., de acuerdo con las necesidades particulares de clasificación de un programa. El objetivo general de un subprograma, corresponde a un objeto específico del programa.

6.2.4 EL PROYECTO

Es la misma unidad operacional que vincula recursos, actividades y componentes durante un periodo determinado y con una ubicación definida para resolver problemas o necesidades de l población. El objeto general de un proyecto debe estar relacionado con algunos de los objetivos específicos de un programa o subprograma y, en consecuencia, con los objetivos del plan de desarrollo.

36




6.3 CICLO DE UN PROYECTO DE CARRETERA

Un proyecto de carretera comienza en el momento que se identifica un problema o necesidad por solucionar y termina en el momento en que se logra solucionar o satisfacer dicha necesidad alcanzando así los objetivos esperados del proyecto. Las diferentes etapas por las que debe pasar el proyecto es los que se llama ciclo del proyecto. Estas etapas son:

• Preinversión

• Inversión

• Operación

Tal como se muestra en la siguiente figura:

En muchos proyectos, de acuerdo

con el tipo del mismo y el estado de

la vía, dos o mas etapas pueden

ocurrir simultáneamente.

6.3.1 ETAPA DE PREINVERSIÓN

En ésta etapa se realizan todos los estudios necesarios para tomar la decisión de realizar o no el proyecto. Tiene por objeto examinar la viabilidad del proyecto de carretera mediante la identificación del mismo, la preparación de su información técnica, financiera económica y ambiental, el cálculo de cantidades de obra, costos y beneficios, y la preparación de los bosquejos o anteproyectos que se requieran.

Durante esta etapa, a partir de la idea del proyecto de carretera, se desarrollan los denominados estudios de preinversión, a saber:

POSTERGADOSPROYECTOS

ABANDODADOS

REHABILITACIÓNMEJORAMIENTOCONSTRUCCIÓN

MANTENIMIENTO RUTINARIOMANTENIMIENTO PERIODICO

EVALUACIÓN EX-POST

PROYECTOS

FACTIBILIDAD

DISEÑO DEFINITIVO

PRE-FACTIBILIDAD

PERFIL DEL PROYECTO

IDEA

PR

EIN

VE

RS

IÓN

ET

AP

A D

EE

TA

PA

OP

ER

AC

ION

AL

ET

AP

A D

EP

RE

INV

ER

SIÓ

N

37




• Perfil del proyecto

• Estudio de pre-factibilidad

• Estudio de factibilidad

6.3.1.1 Idea del proyecto

Consisten en identificar de forma muy preliminar la necesidad o problema existente y las acciones mediante las cuales se podría solucionar, se deriva de los planes generales de desarrollo económico y social de políticas generales, de planes sectoriales, de otros proyectos o estudios porque puede parecer atractivo emprender el proyecto. La idea, adecuadamente presentada, servirá de base para predecir acerca de la conveniencia de emprender estudios adicionales.

6.3.1.2 El perfil del proyecto

Sirve para:

• reunir la información de origen secundario (proyectos similares, mercados, beneficiarios, aspectos ambientales, por ejemplo)

• verificar todas las alternativas del proyecto y estimar sus costos y beneficios de manera preliminar

• realizar la versión preliminar del diagnóstico ambiental de alternativas

• descartar algunas (o todas) de las alternativas y plantear cuales son susceptibles de estudios detallados.

6.3.1.3 El estudio de prefactibilidad

Es un proceso de descarte de alternativas y estudio de una, dos o mas de las mismas.

• En una primera parte se establece un diagnóstico económico preliminar y se definen las grandes orientaciones de los estudio técnicos, financieros, económicos y ambientales del proyecto.

• Posteriormente, se seleccionan las soluciones por evaluar, coordinando aspectos técnicos, financieros, económicos y ambientales (los técnicos basados principalmente en información existente; fotografías aéreas, restituciones, mapas, carteras de tránsito, otros y mínimo necesario de actividades de campo).

• Mas tarde se estiman costos y beneficios de cada una de las soluciones, se comparan entre sí y con una solución de referencia (Alternativa sin proyecto) sobre la base de indicadores económicos (relación beneficio – costo B/C, tasa interna de retorno TIR, valor presente neto VPN, tasa única de retorno TUR, con los correspondiente análisis de sensibilidad.

• Se eliminan las soluciones menos convenientes, para reducir el estudio a una, preferentemente, o dos, si así se justifica, en la etapa siguiente o en el estudio de factibilidad.

En general, a todo proyecto de carretera se le debe adelantar el estudio de prefactibilidad, con el fin de tener información que permita a nivel decisorio de la entidad dueña del proyecto adoptar uno o cualquiera de los siguientes tres caminos:

• Pasar a una etapa de inversión

• Descartar el proyecto

• Ordenar el estudio de factibilidad

38




6.3.1.4 El estudio de factibilidad

Consiste en perfeccionar la alternativa recomendada en la prefactibilidad, tiene por objeto reducir al máximo la incertidumbre asociada con el proyecto de inversión de la carretera. En general, aquí se afinan los estudios de las soluciones, o se amplían los aspectos técnicos como financieros, económicos y ambientales, con el fin de recomendar lo mas conveniente y óptimo par ala comunidad.

6.3.1.5 Contenido de los estudios de Preinversión

El contenido mínimo de cada uno de los estudios de preinversión de un proyecto de carretera es el siguiente:

• Localización geográfica del proyecto

• Descripción de la zona de influencia del proyecto

• Aspectos técnicos del proyecto. Considerar como mínimo

o Topografía

o Geología y geotecnia

o Aspectos hidrológicos e hidráulicos

o Criterios de diseño

o Descripción de alternativas

o Planos en planta perfil sobre cartografía existente de cada alternativa

o Secciones transversales

o Esquemas de obras de drenaje y estructuras.

• Programa para la ejecución del proyecto (debe comprender todas las actividades de la etapa de inversión del proyecto)

• Inversiones en el proyecto. En su cuantificación se tendrán en cuenta los siguientes costos:

o Costos de los estudios de investigaciones preparatorias y de los estudios técnicos detallados.

o Costos de construcción

o Costos de derechos de vía

o Costos de administración (los requeridos para el funcionamiento de la unidad dentro de la organización de la entidad ejecutora, responsable directa de administrar la ejecución del proyecto)

o Imprevistos.

• Cotos de conservación

• Financiación del proyecto

• Flujo de caja del proyecto

• Evaluación económica y social

• Evaluación ambiental (debe contemplar el diagnóstico ambiental de alternativas)

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6.3.1.6 Nivel de estudios técnicos y grado de exactitud de las cuantificaciones en la preinversión

El nivel de los estudios técnicos y el grado de exactitud de las cuantificaciones en la preinversión, se resumen a continuación:

Tipo de Estudio Nivel de los estudios técnicos

Grado de exactitud de las cuantificaciones

Perfil del proyecto Bosquejos 55 a 60%

Estudio de prefactibilidad Anteproyecto preliminar 65 a 70%

Estudio de Factibilidad Anteproyecto definitivo 75 a 80%

6.3.2 ETAPA DE INVERSIÓN

La etapa de inversión, también llamada de ejecución, se inicia con la conformación del grupo encargado de la Gerencia del Proyecto y la elaboración de los estudios técnicos definitivos, a nivel de construcción. En esencia, comprende las siguientes actividades:

• Conformación, dentro de la entidad dueña del proyecto, o entro de la organización del concesionario de la carretera, del grupo encargado de la gerencia del proyecto.

• Elaboración de los estudios técnicos definitivos, con preparación de planos detallados para la construcción de las obras, y con un grado de exactitud de las cuantificaciones de 90 a 100% . Se deben basar en los aspectos técnicos descritos en los estudios de preinversión. En ésta etapa se debe entregar como mínimo la siguiente información:

o Estudio de tránsito, capacidad y niveles de servicio

o Estudio de Diseño geométrico

o Estudio de señalización

o Estudio de geología para ingeniería y geotecnia

o Estudio de suelos para diseño de fundaciones

o Estudio de estabilidad y estabilización de taludes

o Estudio Geotécnico para el diseño de pavimentos

o Estudio de hidrología, hidráulica y socavación

o Estudio estructural para diseño de puentes

o Estudio de impacto ambiental

o Estudio de prefactibilidad de valorización

o Estudio para pliegos de condiciones, cantidades de obra y análisis de precios unitarios

o Evaluación económica

o Estudio de afectación predial

40




• Gestiones relacionadas con la obtención de los recursos financieros previstos para el proyecto durante la preinversión.

• Preparación de las licitaciones para la construcción de las obras, estudio de propuestas y adjudicación de contratos

• Construcción de obras

• Supervisión o Interventoría de la construcción de obras

• Presentación y entrega del proyecto construido a la entidad que se encargará de su operación y mantenimiento.

En esta etapa se realiza el seguimiento físico-financiero del proyecto, con el cual se busca garantizar la correcta utilización de los recursos de inversión asignados en el presupuesto. Este seguimiento permite observar las variaciones sobre lo previsto, determinar sus causas e introducir ajustes pertinentes.

6.3.3 ETAPA OPERACIONAL

Ésta etapa se inicia cuando los vehículos comienzan a circular sobre la vía. Durante la misma el mantenimiento o conservación de la carretera, tanto rutinario como periódico, es responsabilidad de la entidad dueña del proyecto o del concesionario de la misma.

Generalmente, en los proyectos continuos (concesiones) la etapa de operación se presenta simultáneamente con la etapa de inversión.

6.3.4 EVALUACIÓN EXPOST

Para la correcta operación del proyecto, se recomienda realizar el seguimiento y evaluación de resultados del proyecto. El propósito de éste último es ayudar a asegurar la operación eficiente, identificando y abordando los problemas que surjan en la operación.

La evaluación de los resultados, desde la perspectiva más amplia, intenta determinar las razones de éxito o de fracaso, con el propósito, en un futuro de replicar las experiencias exitosas y evitar problemas ya presentados.

La evaluación de resultados también debe dar información sobre la eficacia y efectividad de cada uno de los proyectos en el cumplimiento de los objetivos planteados en los estudios de preinversión.

41




7 SISTEMAS CONVENCIONALES DE TRAZADO

[Fuentes: Ref-01, Ref-03, Ref-04, Ref-07]

Una carretera es una faja de terreno con un plano de rodadura especialmente dispuesto para el tránsito adecuado de vehículos y esta destinada a comunicar entre sí dos regiones o sitios poblados. Este tipo de vía se define por la denominación de los puntos geográficos que vincula o va a vincular, si esta en proyecto, los cuales constituyen puntos de control primario. Los estudios para trazado y localización de carreteras cubren cinco etapas:

• Reconocimiento o exploración, que es un examen general del terreno par determinar la ruta o rutas posibles de unión entre los puntos primarios de control que señalan al ingeniero de vías.

• Trazado ante-preliminar o selección de ruta, en el cual se adopta la mejor o las mejores ubicaciones de ésta indicación debe puntos secundarios de control y de pendientes longitudinales distintas.

• Trazado preliminar, que se realiza sobre la ruta escogida con aparatos de precisión para el levantamiento topográfico de una zona de terreno en el cual va ha proyectarse.

• Proyecto, que comprende los diseños en planta y en perfil del eje de la vía, elaborados en la oficina con observancia de las normas que regulan el diseño geométrico de carreteras.

• Localización, consiste en las labores necesarias para transferir al terreno el eje de la vía determinado en el proyecto en planta.

7.1 EXPLORACIÓN

Para el trazado de carreteras se debe tener en cuenta el tipo de terreno, así:

• Terreno Plano, son aquellos cuya pendiente general en el sentido de avance es inferior a la pendiente máxima estipulada para la vía, esto es donde no hay problema de pendiente longitudinal. Como primera medida se debe determinar la orientación de la línea recta que una los puntos de control determinados.

• Terrenos ondulados a escarpados, el factor determinante en todo reconocimiento o exploración en terrenos ondulados a escarpados, es la pendiente longitudinal para la vía. En éste caso, la orientación que pueda determinarse de la recta imaginaria entre dos puntos consecutivos de control primario servirá para ceñir lo más posible a ella la dirección general del trazado. Pueden determinarse puntos de control en las hoyas de corrientes de agua, y en la parte alta de las cordilleras o de sus estribaciones. , con el doble criterio de que se aparten lo menos posible de la dirección rectilínea entre los sitios que van a comunicarse y que aquellos puntos puedan unirse con líneas de pendiente aceptable. Las diferentes alternativas que ofrecen los puntos bajos y altos dan a lugar una diversidad de rutas cuyo análisis comparativo puede debe adelantarse después con los factores de distancia, de pendiente, de inclinación transversal y clase de terreno, de número y magnitud de obras y estructuras.

7.2 TRAZADO ANTE-PRELIMINAR

En terrenos planos, en las labores de reconocimiento puede efectuarse la selección de ruta y procederse al trazado preliminar. No así en terrenos ondulados a escarpado, en los cuales, una vez señalados los puntos secundarios de control, debe estudiarse entre éstos el trazado ante-preliminar, o sea la determinación de un eje para la vía que satisfaga, en primer lugar, las condiciones de pendiente previstas.

42




EJE

650 640 630 625.35 620 610 60035 25 16 K0+020 11 18 25

660 650 640 635.35 630 620 61030 20 11 K0+100 6 13 20

IZQUIERDA DERECHA

Para determinar la línea de pendiente entre dos puntos de nivel diferente se utiliza in clisímetro o el más comúnmente utilizado, un nivel adney.

Leer el capítulo 1, el numeral de Línea de Pendiente, [Ref – 04]

Croquis de un trazado ante-preliminar

• La línea de pendiente debe marcarse en campo con varas largas con banderolas intervisibles, mediante trochas o desmonte.

• Se levanta una poligonal con brújula y cinta, navegador o GPS, mediante el sistema de rumbo y distancia mas o menos ceñida a la línea de pendiente que se levanto en campo, abscisandola cada 20 metros

• Se fina una cota en el inicio de la poligonal y se procede a realizar la correspondiente nivelación.

• En los puntos dela poligonal que se consideren indicados por la configuración del terreno, se levantan secciones transversales, para determinar la distancia al eje de las curvas de nivel con diferencias de 5 o 10 metros, según el grado de detalle que se requiera del croquis topográfico.

• En la siguiente figura se muestra el croquis obtenido

El proceso anterior se puede realizar con GPS, evitado el proceso de medición con brújula y cinta, y generado simultáneamente el modelo digital de terreno.

Se puede llevar una cartera de secciones, como la que aparece a continuación:

K0+000

K0+

100

K0+

200

K0+300

43




Abscisa V + Alt. Instr. V - V. Inter. Cota DescripciónBM#102 0.269 2 347.416 0.000 2 347.147 SM-31

C#50 3.104 2 349.196 1.324 2 346.092C#51 1.754 2 350.819 0.131 2 349.065 S\ Mojon con tornillo PR3+560 Nueva localización

PR3+570 4.50 2 346.323PR3+580 4.92 2 345.896PR3+590 4.97 2 345.853 S\ piedraFONDO 5.72 2 345.103 Sobre 1.0 mPR3+600 2.21 2 348.605PR3+610 0.82 2 349.997

C#52 0.891 2 351.327 0.383 2 350.436 S\ taco con grapaD 3+616.36 3.310 2 353.439 1.198 2 350.129 S\ mojon con tornillo

BM#101 3.300 2 355.505 1.234 2 352.205 S\ mojon con placa de broncePR3+620 4.63 2 350.872PR3+630 4.36 2 351.143

C#52A 3.671 2 358.894 0.282 2 355.223 S\ taco con grapaPR3+640 2.84 2 356.052

C#53A 3.562 2 362.202 0.254 2 358.640 S\ taco con grapaPR3+650 1.07 2 361.128

C#54A 1.948 2 363.687 0.463 2 361.739 S\ taco con grapaD 3+656.36 1.884 2 365.476 0.095 2 363.592

C#55 0.65 2 364.826 S\ taco con grapa

7.3 TRAZADO PRELIMINAR

Consiste en el trazado preliminar en el levantamiento topográfico con aparatos de precisión, de la zona del terreno necesaria para elaborar el diseño en planta del eje de la vía. Cuatro etapas deben cubrirse para realizar esta labor: trazado de la poligonal con estacón, nivelación de la poligonal, acotamiento de la zona con curvas de nivel y dibujo.

Línea de Tránsito.

A lo largo de la línea ante-preliminar marcada en el terreno se traza una poligonal estación (con cartera electrónica), abscisada cada 10 metros mas lo quiebres de terreno (filos y drenajes), escogiendo los alineamientos mas largos posibles sin apartarse mucho de tal línea, el cual debe conservar el centro de la zona por acotar.

Para el punto de arranque se puede iniciar de puntos de coordenadas conocidas y certificadas por el IGAC, o por puntos de coordenadas colocados con GPS. Se puede ir controlado la poligonal mediante el posicionamiento de puntos de control con GPS.

Nivelación y Contranivelación

Con base en una cota de un BM tomado para amarrar la nivelación, se procede a nivelara cada uno de los puntos abscisados por la comisión de tránsito.. Se deben colocar BMs, sobre sitios fijos e inamovibles, a determinada frecuencia con cota aproximada al milímetro. A continuación se presenta un modelo de cartera de Nivel

Topografía

Para el levantamiento del plano acotado de la zona de terreno donde va a diseñarse la banca de la vía se toma como eje la poligonal abscisada y nivelada. En cada abscisa de los alineamientos se trazan normales a éstos, que se prolonga a lado y lado en longitud adecuada, al ancho de la zona requerida, el cual será como mínimo de 60 metros en total. Para terreno planos o de escasa inclinación transversal, y de magnitud correspondiente a la distancia horizontal entre dos curvas de nivel. Cuando hay detalles o irregularidades del terreno que no son tomados con las normales, se procede a tomar subnormales. Generalmente, la toma de topografía mediante secciones transversales se realiza con nivel de mano lock. A continuación se presenta un esquema para la toma de secciones con nivel de mano lock.

44




MIR

A G

RA

DU

AD

A

h=

1.20

m

h=

3.50

a 4

.50

m

2550.35K0+650

2551.55Visual a 0.55m

2551.00

Visual a 0.38m

2552.38

2552.00

12.36m

9.55m

2553.35

Visual a 0.35m

12.43

2553.00

IZQUIERDA EJE DERECHA2553 2552 2553 2550.35 2550 2549 254834.34 21.91 12.36 K0+650 8.56 15.23 35.46

A continuación se muestra la cartera de campo par el gráfico anterior

Con base en la información de secciones transversales, se realiza el modelo topográfico del terreno.

Lo anterior aplica para terrenos ondulados a escarpados con vegetación espesa, para terreno con buena visibilidad para una estación, se puede tomar una nube de puntos para conformar el modelo digital del terreno y extraer de allí las correspondientes secciones transversales y perfiles que se requieran.

Coordenadas

Como la poligonal del levantamiento se realiza con estación, implícitamente se han calculado las coordenadas del trazado realizado en campo.

7.4 PROYECTO

Comprende los siguientes pasos:

• Sobre la Topografía obtenida del trazado preliminar, se realiza la correspondiente línea de ceros, con la pendiente requerida.

• Con base en esta línea y utilizando radios típicos y alineamientos se diseña el eje de la vía.

• Con base al eje en planta, se extrae el perfil obtenido y se diseña la correspondiente rasante.

45




8 CRITERIOS DE DISEÑO

[Fuentes: Ref-01, Ref-03, Ref-04, Ref-07]

8.1 VELOCIDAD

Es un elemento básico para el diseño geométrico de carreteras y como parámetro de cálculo de la mayoría de los diversos componentes del proyecto.

El diseño geométrico de una carretera se debe definir en relación directa con la velocidad a la que desea circulen los vehículos en condiciones aceptables de comodidad y seguridad. En el proceso de asignación de la Velocidad de Diseño se debe otorgar la máxima prioridad a la seguridad de los usuarios. Por ello la velocidad de diseño a lo largo del trazado debe ser tal que los conductores no sean sorprendidos por cambios bruscos y/o muy frecuentes en la velocidad a la que pueden realizar con seguridad el recorrido.

Por lo tanto, el objeto principal del diseño geométrico de una carretera deberá ser el de proveer el servicio (oferta) para satisfacer el volumen de tránsito (demanda), de una manera segura, cómoda y económica, con una velocidad adecuada, que supuestamente hayan de seguir la mayoría de los conductores.

8.1.1 DEFINICIÓN

Se define como la relación entre el espacio recorrido por un vehículo y el tiempo que se tarda en recorrerlo, usualmente expresada en km/h.

Para el caso de una velocidad constante, ésta se define como una función lineal de la distancia y el tiempo, expresada así:

En donde,

v = velocidad constante, km/h

d = distancia, km

t = tiempo, (h)

a continuación se presenta algunos conceptos relacionados con velocidad:

Velocidad Definición Ecuación

General Función lineal entre la distancia y el tiempo (km/h) V = d / t

Puntual Es la velocidad de un vehículo al paso por un punto determinado o un sección transversal de la carretera

Vp

Instantánea Es la correspondiente a cada uno de los vehículos que se encuentran circulando a lo largo de un tramo de carretera en un instante dado

Vi

Media Temporal Es la media aritmética de las velocidades puntuales, de todos los vehículos o parte de ellos que pasan por un punto específico o sección transversal de una carretera durante un intervalo de tiempo seleccionado. Donde es el numero total de vehículos observados

t

dv =

n

vv

n

i p

t

∑ == 1

46




Media Temporal vehículos agrupados

Es la media aritmética de las velocidades puntuales. Donde “m” es el número de grupos de velocidad y f el numero de vehículos en el grupo de velocidad. Valor aproximado.

Velocidad media espacial

Es la media aritmética de las velocidades instantáneas de todos los vehículos que en un instante dado se encuentren en un tramo de carretera. Otras definiciones aplicables en la [Ref – 01], páginas 17 y 18

Velocidad de recorrido o velocidad global de

viaje.

Es el resultado de dividir la distancia recorrida por un vehículo, desde el principio al fin del viaje, entre el tiempo total que emplea en recorrerla. En el tiempo total esta incluida las demoras operacionales por parada, reducciones de velocidad, etc.,

Para la Velocidad media de recorrido se obtiene de la ecuación mostrada, donde dr = distancia de recorrido de todos los vehículos, tt = tiempo de recorrido de todos los vehículos

Velocidad de diseño o velocidad de proyecto

Es la velocidad guía o de referencia que permite definir las características geométricas mínimas de todos los elementos de trazado. Por lo tanto , ella expresa una referencia minimal.

Se define como la máxima velocidad segura y cómoda que puede ser mantenida es una sección determinada de una vía, cuando las condiciones son tan favorables, que las características geométricas del diseño predominan.

Dependiendo de las características de un proyecto, se pueden tener varias velocidades de diseño, como mínimo en 3 km sucesivos de vía y no deben presentar diferencias de velocidades de diseño superiores a 20 km/h.

Velocidad específica Es la máxima velocidad que puede mantenerse a lo largo de un elemento considerado aisladamente en condiciones de seguridad y comodidad, cuando encontrándose el pavimento húmedo y las llantas en buen estado, las condiciones meteorológicas, el tránsito y las regulaciones son tales que no imponen limitaciones a la velocidad. En una curva existe una relación biunívoca entre su radio y su velocidad

Velocidad de marcha o de crucero

Es el resultado de dividir la distancia recorrida entre el tiempo durante el cual el vehículo estuvo en movimiento, bajo las condiciones prevalecientes del tránsito. Medida de calidad de servicio – varia con las variaciones de volúmenes de tránsito.

Velocidad de operación

Es la velocidad segura y cómoda, en un determinado elemento geométrico, a la que un vehículo aislado circularía por él, asumiendo un nivel de velocidad en función de las características físicas de la vía y su entorno, apreciables por el conductor. También se interpreta como la velocidad a la que se observa que los vehículos operan los vehículos.

Velocidad de Diseño del tramo homogéneo

Es la velocidad definida en función de las condiciones topográficas y la categoría de la carretera en cierto tramo. El diseñador debe identificar estos tramos homogéneos para así poder asignar la Velocidad de diseño (VTR) adecuada, como se muestra en la tabla.

n

vfv

m

i ii

t

∑ == 1

n

vv

n

i i

e

∑ == 1

∑

∑

=

==n

i

t

n

i r

r

t

dv

1

1

47




Velocidad Específica de la Curva Horizontal

Esta velocidad determina la relación que se debe guardar entre las curvas de un tramo. Esta velocidad tiene en cuenta la VTR, el sentido en el que el vehículo recorre la carretera, la deflexión de la curva y la longitud del segmento recto anterior. (Ver Tabla de VCH en la siguiente sección)

Velocidad en la Entretangencia

Horizontal

Es la velocidad con la que circularían los vehículos al salir de una curva y estar a punto de entrar a otra, y debe ser igual a la mayor de las dos Velocidades Específicas de las curvas horizontales extremas.

Velocidad Específica de la Curva Vertical

Es la máxima velocidad a la que puede ser recorrida la curva cóncava o convexa en condiciones de seguridad. A partir de ésta se debe verificar la longitud y la Distancia de Visibilidad de Parada. Si la curva vertical coincide con una curva horizontal que tiene una Velocidad Específica dada, la Velocidad Específica de la curva vertical debe ser igual a la Velocidad Específica de la curva horizontal.

8.1.2 ELECCIÓN, DESIGNACIÓN Y REQUISITOS

Velocidades de diseño

De cuerdo a la [Ref – 01] a continuación se presentan los rangos de velocidades que se deben utilizar en función del tipo de carretera según su definición legal y tipo de terreno.

48




La siguiente tabla muestra la Velocidad Específica de una Curva Horizontal (VCH) incluida en un tramo homogéneo con Velocidad de Diseño VTR.

Para establecer la diferencia entre la VCH de la última curva horizontal del tramo anterior y la primera curva horizontal del tramo analizado, se debe hacer referencia a la siguiente tabla:

49




Velocidades de operación y marcha.

Normalmente se asimila la velocidad de operación al percentil 85 de la distribución de velocidades observadas en una localización determinada, es decir, se asume que hay un 15% de los vehículos que circulan a una velocidad superior a la de operación en el elemento.

En el caso de una vía existente se pueden determinar las velocidades, en el caso de una vía nueva se podrán estimar.

Para determina las velocidades de operación, deberán tomarse datos de velocidades puntuales, en la mitad de las curvas horizontales y de las rectas que tengan suficiente longitud.

Para la velocidad de marcha, cuando no se tengan datos reales, se podrán tomar entre un 85% y 95% de la velocidad de diseño.

Leer páginas 21, 22 y 23 de la [Ref – 01]

8.2 DISTANCIA DE VISIBILIDAD

Ver también capitulo No. 7 de la Ref-07

8.2.1 PRINCIPIOS

Una de las características más importantes que deberá ofrecer el proyecto de una carretera al conductor de un vehículo es la habilidad de ver hacia adelante, tal que le permita realizar una circulación segura y eficiente.

La distancia de visibilidad se define como la longitud continua de carretera que es visible hacia adelante por el conductor de un vehículo que circula por ella.

Esta distancia de visibilidad deberá ser de suficiente longitud, tal que le permita a los conductores desarrollar la velocidad de diseño y a su vez controlar la velocidad de operación de sus vehículos ante la realización de ciertas maniobras en la carretera, como lo puede ser por la presencia inesperada de un obstáculo sobre su carril de circulación, o el adelantamiento de un vehículo lento en carreteras de dos carriles dos sentidos, o la del cruce con una vía secundaria, o el encuentro de dos vehículos que circulan por el mismo carril en sentidos opuestos en carreteras terciarias de calzadas angostas.

Por lo anterior, para el proyecto de carreteras, deberán tenerse en cuenta cuatro tipos de distancias de visibilidad:

• Distancia de visibilidad de parada

• Distancia de visibilidad de adelantamiento

• Distancia de visibilidad de cruce

• Distancia de visibilidad de encuentro

8.2.2 DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA

Se considera como distancia de visibilidad de parada de un determinado punto de una carretera, la distancia necesaria para que el conductor de un vehículo pueda detenerlo antes de llegar a un obstáculo que aparezca en su trayectoria al circular a la velocidad específica del elemento (VCH, VETH, VCV o VTV) en el cual se quiere verificar esta distancia de visibilidad.

50




La longitud requerida para detener el vehículo será la suma de dos distancias: la distancia recorrida durante un tiempo de percepción y reacción y la distancia recorrida durante el frenado. La distancia recorrida durante el tiempo de percepción y reacción (adoptado en dos y medio segundos (2.5 s) para efectos del proyecto) se mide desde el momento en que se hace visible el obstáculo hasta el instante en que se aplican los frenos. En esta distancia se supone que el vehículo circula con movimiento uniforme a la velocidad específica del elemento.

La distancia recorrida durante el frenado se mide desde la aplicación de los frenos hasta el momento en que el vehículo se detiene totalmente, circulando con movimiento uniformemente desacelerado con velocidad inicial igual a la velocidad específica del elemento. El valor de la desaceleración asumida es tal que no implica el bloqueo de las llantas al realizar el trabajo de frenado, aun en condiciones de pavimento húmedo. Este estudio fue realizado por la AASHTO y presentado en el Manual de Diseño Geométrico de AASHTO – 2004.

La distancia de visibilidad de parada para pavimentos húmedos, se calcula mediante la siguiente expresión (con un tiempo de percepción – reacción de 2.5 s y una rata de desaceleración de 3.4 m/s²):

18.87*695.0

2VeVeDp +=

Donde: Dp: Distancia de Visibilidad de parada, en metros.

Ve: Velocidad Específica del elemento sobre el cual se ejerce la maniobra de frenado (VCH, VETH, VCV o VTV), en km/h.

En la Tabla 2.6 se presentan los valores recomendados para las distancias mínimas de visibilidad de parada para diferentes velocidades de diseño, para tramos de rasantes a nivel (pendiente = 0%).

Para carreteras con pendientes de rasante superiores a tres por ciento (3%), tanto en ascenso (+p) como en descenso (-p), se deberán realizar las correcciones necesarias a las distancias de visibilidad de parada dadas en la Tabla 2.6 para tramos a nivel. Con la siguiente ecuación se puede calcular la distancia recorrida durante el frenado (d) afectada por la pendiente de la rasante.

±=

10081.9254

²

pa

Ved

Donde: d: Distancia recorrida durante el trabajo de frenado, en metros.

p: Pendiente de la rampa, en porcentaje

La distancia corregida de visibilidad de parada en tramos con pendientes mayores a tres por ciento (3%) es:

dVeDp += *695.0

En las siguientes tabla se indican las distancias de visibilidad de parada en tramos con pendientes mayores a tres por ciento (3%).

51




8.2.3 DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE ADELANTAMIENTO

Se dice que un tramo de carretera tiene distancia de visibilidad de adelantamiento, cuando la distancia de visibilidad en ese tramo es suficiente para que, en condiciones de seguridad, el conductor de un vehículo pueda adelantar a otro que circula por el mismo carril a una velocidad menor, sin peligro de interferir con un tercer vehículo que venga en sentido contrario y se haga visible al iniciarse la maniobra de adelantamiento.

La distancia de visibilidad de adelantamiento debe considerarse únicamente para las carreteras de dos carriles con tránsito en las dos direcciones, donde el adelantamiento se realiza en el carril del sentido opuesto.

52




La distancia de visibilidad de adelantamiento, se determina como la suma de cuatro distancias, así:

Da = D1 + D2 + D3 + D4

Donde: Da: Distancia de visibilidad de adelantamiento, en metros.

D1: Distancia recorrida durante el tiempo de percepción y reacción, en metros.

D2: Distancia recorrida por el vehículo que adelanta durante el tiempo desde que invade el carril del sentido contrario hasta que regresa a su carril, en metros.

D3: Distancia de seguridad, una vez terminada la maniobra, entre el vehículo que adelanta y el vehículo que viene en la dirección opuesta, en metros.

D4: Distancia recorrida por el vehículo que viene en sentido opuesto (estimada en 2/3 de D2), en metros.

Se utilizarán como guías para el cálculo de la distancia de visibilidad de adelantamiento la figuara anterior y los valores indicados en el Manual AASHTO – 2004 para cuatro rangos de Velocidad Específica de la entretangencia horizontal (VETH). Por seguridad, la maniobra de adelantamiento se calcula con la velocidad específica de la entretangencia horizontal en la que se efectúa la maniobra.

+−=

2

***278.0 1

11

tamVtD

Donde: t1: Tiempo de la maniobra inicial, en segundos.

V: Velocidad del vehículo que adelanta, en km/h.

a: Promedio de aceleración que el vehículo necesita para iniciar el adelantamiento, en km/h/s.

m: Diferencia de velocidades entre el vehículo que adelanta y el que es adelantado, igual a 15 km/h en todos los casos.

22 **278.0 tVD =

53




Donde: t2: Tiempo empleado por el vehículo al realizar la maniobra para volver a su carril,

en segundos.

Se debe procurar obtener la máxima longitud posible en que la visibilidad de adelantamiento sea superior a la mínima de la tabla anterior. Por lo tanto, como norma de diseño, se debe proyectar, para carreteras de dos carriles dos sentidos, tramos con distancia de visibilidad de adelantamiento, de manera que en tramos de cinco kilómetros, se tengan varios subtramos de distancia mayor a la mínima especificada, de acuerdo a la velocidad del elemento en que se aplica. Se se recomienda la frecuencia con la que se deben presentar las oportunidades de adelantar o el porcentaje mínimo habilitado para adelantamiento en el tramo, de acuerdo a la velocidad de diseño del tramo homogéneo.

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8.3 ALINEAMIENTO HORIZONTAL

8.3.1 ALINEAMIENTOS RECTOS Y CURVOS

Durante el diseño de una carretera nueva se deben evitar tramos en planta con alineamientos rectos demasiado largos. Tales tramos son monótonos durante el día, especialmente en zonas donde la temperatura es relativamente alta, y en la noche aumentan el peligro de deslumbramiento, por las luces del vehículo que avanza en sentido opuesto.

Es preferible reemplazar grandes alineamientos (superiores a 1.5 km), por curvas amplias de grandes radios (2000 a 10000 m) que obliguen al conductor a modificar suavemente su dirección y mantengan despierta su atención.

Para vías de sentido único no tiene objeto utilizar radios superiores a 10000 m; pero en el caso de doble vía (en ambos sentidos), las condiciones de visibilidad pueden implicar radios superiores.

8.3.2 SECCIÓN TRANSVERSAL

La figura muestra las formas de inclinación de la sección transversal de acuerdo con el número de carriles, calzadas y la dirección del tránsito, empleadas en un sector recto de carretera. Con el fin de facilitar el drenaje, la inclinación transversal mínima para capa de rodadura pavimentada es del 2%.

FORMAS DE INCLINACION DE LA SECCION TRANSVERSAL EN UN SECTOR RECTO, EMPLEADAS ENCARRETERAS

55




Para carreteras convencionales de una calzada y dos carriles, con tránsito en las dos direcciones, se puede disponer de una sección transversal en forma de techo, también llamada bombeo normal, o en casos especiales con inclinación única.

Si se tiene dos calzadas de dos o tres carriles con separador central, se puede tratar cada calzada en forma independiente dándole a cada calzada la inclinación más conveniente, teniendo en cuenta las condiciones de drenaje de la zona.

8.3.3 CURVAS CIRCULARES

Las curvas circulares se corresponden con una curvatura constante, la cual es inversamente proporcional al valor del radio.

En el diseño de carreteras corresponde a un elemento geométrico de curvatura rígida. La longitud del arco circular se determina multiplicando el valor del radio y el ángulo de deflexión o de giro del arco circular en radianes (Delta c):

Lc = R x c (Radianes)

Donde:

Lc : Longitud del arco circular, (m)

c : Angulo de giro del arco circular, en radianes

R : Radio del arco circular, (m)

8.3.3.1 Deflexiones menores entre tangentes

Para ángulos de deflexión entre dos tangentes menores o iguales a 6°, en el caso de que no puedan evitarse, se realizará la unión de las mismas mediante una curva circular, sin clotoides, de radio tal que cumpla con los siguientes criterios:

8.3.3.2 Entretangencias

Se presenta este análisis, teniendo en cuenta dos situaciones.

a. Curvas de distinto Sentido. Considerando el empleo de curvas de transición, puede prescindirse de tramos de entretangencia rectos. Si el alineamiento se hace con curvas circulares únicamente, la longitud de entretangencia debe satisfacer la mayor de las condiciones dadas por la longitud de transición, de acuerdo con los valores de pendiente máxima para rampa de peraltes y por la distancia recorrida en un tiempo de 5 segundos (5 s) a la menor de las Velocidades Específicas de las curvas adyacentes a la entretangencia en estudio.

Ángulo entre alineamientos

6° 5° 4° 3° 2°

Radio Mínimo (m) 2 000 2 500 3 500 5 500 9 000

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b. Curvas del mismo sentido. Por su misma naturaleza, deben considerarse indeseables en cualquier proyecto de carreteras, por la inseguridad y disminución de la estética que representan. Para garantizar la comodidad y seguridad del usuario, la entretangencia para el diseño en terreno ondulado, montañoso y escarpado con espirales, no puede ser menor a 5 segundos y para diseños en terreno plano con arcos circulares, no menor a 15 segundos de la velocidad de diseño. Como por dificultades del terreno, son a veces imposibles de evitar, se debe intentar siempre el reemplazo por una sola.

8.3.3.3 Peralte

El peralte es la inclinación transversal, en relación con la horizontal, que se da a la calzada hacia el interior de la curva, para contrarrestar el efecto de la fuerza centrífuga de un vehículo que transita por un alineamiento en curva. Dicha acción está contrarrestada también por el rozamiento entre ruedas y pavimento.

El análisis de las fuerzas que actúan sobre el vehículo cuando este se mueve alrededor de una curva de radio constante, indica que el peralte máximo está dado por la ecuación:

donde:

e : Peralte en metros por metro

ft : Coeficiente de fricción lateral

V : Velocidad del vehículo, (km/h)

R : Radio de la curva, (m)

F : fuerza centrífuga

P : peso del vehículo

A : aceleración radial

g : aceleración de la gravedad

P = m g => m = P / g

a = v2 / R

Equilibrio de fuerzas

Ft = Fx – Px

La fuerza de fricción es la normal por el coeficiente de fricción

N = Fy + Py

Ft = ( Fy + Py ) x ft

Fx – Px = ( Fy + Py ) x ft

Dividiendo todos los factores por cos α, tenemos:

e = Tg α

R

Vfe t

127)(

2

=+

αα

α

R

v

g

PmaF

2

⋅==

PF

PF

PF

PF

PyFy

PxFxft

+−

=+−

=+−

=α

ααααα

tg

tg

cossen

sencos

57




8.3.3.4 Coeficiente de fricción lateral

Está determinado por numerosos factores, como estado de las superficies en contacto, velocidad del vehículo, presión de inflado etc. Sobre la determinación de valores prácticos para diseño se han realizado innumerables pruebas por parte de diferentes organizaciones, las cuales han llegado a algunas conclusiones:

• El coeficiente de fricción es bajo para velocidades altas.

• Se adoptan los valores del coeficiente de fricción transversal máxima indicados por los estudios recientes de la AASHTO, los cuales se indican en la siguiente tabla.

Tabla 3.3.2 COEFICIENTES DE FRICCION LATERAL

8.3.3.5 Valor máximo del peralte

Para carreteras de tipo rural se fija un peralte máximo de 0.08, el cual permite mantener aceptables velocidades específicas y no incomodar a vehículos que viajan a velocidades menores. En carreteras Terciarias, especialmente en terreno montañoso y escarpado, es difícil disponer de longitudes de entretangencia amplias, por lo que no es fácil hacer la transición de peralte. Por lo anterior se considera que el peralte máximo más adecuado para este caso es de seis por ciento (6%).

8.3.3.6 Radios mínimos absolutos

Los radios mínimos absolutos para esta velocidad de diseño, calculados con el criterio de seguridad ante el deslizamiento, están dados por la expresión:

( ) 0)(10

1

222

2

2

2

2

=++−⇒=+−+⇒

+

−=

+

−=

+−

= efteftgR

ve

gR

vft

gR

evft

gR

ev

egR

v

PgR

ePv

PegR

Pv

PFe

PeFft

( )R

veftunidadesdeajusteconeft

gR

veft

13.127)(,,1

22

=+−=+

)(127

2

tmaxmax fe

VRmin

+=

58




donde:

Rm : Radio mínimo absoluto, (m)

V : Velocidad específica, (km/h)

e máx: Peralte máximo asociado a V, en tanto por uno

ft máx: Coeficiente de fricción lateral máximo, asociado a V.

La siguiente tabla se condensa los radios mínimos absolutos para las velocidades específicas indicadas; y sólo podrán ser usados en situaciones extremas, deberá evitarse su incorporación sorpresiva en tramos que superan las características mínimas, solamente se deben usar para situaciones extremas.

Radios mínimos para peralte de 8%

Radios mínimos para peralte de 6%

59




Normalmente resultan justificados radios superiores al mínimo, con peraltes inferiores al máximo, que resultan más cómodos tanto para los vehículos lentos (disminuyendo la incidencia de ft negativos), como para vehículos rápidos (que necesitan menores ft). Si se decide emplear radios mayores que el mínimo, habrá que elegir el peralte en forma tal que la circulación sea cómoda, tanto para los vehículos lentos como para los rápidos.

Relación entre Radios de curvas horizontales consecutivas con entretangencia de longitud menor o igual a cuatrocientos metros (400 m):

60




8.3.3.7 Elementos de una curva circular simple

T : tangente

E : externa

R : Radio

D : deflexión

G : Grado

C : Cuerda

CL : cuerda larga

PC : inicio circular

PI : intersección de tangentes

PT : inicio tangente

∆∆/4

∆/2

∆

∆/2

∆/2

α

β

61




Tangente,

Cuerda larga,

Longitud de curva circular, | , ∆ en grados

Externa,

Grado,

El grado se asigna de acuerdo a la cuerda unitaria seleccionada,

Terrenos planos C = 20.0 m

Terrenos Ondulado a Montañoso C = 10.0 m

Terrenos Escarpado = 5.0 m

8.3.3.8 Curvas Compuestas

Consultar [Ref- 01, Ref- 04, Ref-07]

2tg∆

= RT

2sen2

∆= RCL

αα sen

4sen

4sen

sen

∆

==>∆

= TEET

4tg

4cossensen

∆=⇒

∆== TEβα

°∆

=⇒∆

=°

180

180 RLc

LcR

ππ

R

CG

C

G

R ππ°

=⇒=° 180180

62




8.4 RELACIÓN DEL PERALTE, RADIO Y VELOCIDAD ESPECÍFICA

A cada una de las curvas horizontales se le asigna su Velocidad Específica atendiendo a los criterios consignados en el Capítulo 2 del presente Manual y en el numeral 3.5. Relación entre los Radios de curvas horizontales contiguas. Una vez asignada la Velocidad Específica a cada curva horizontal y con el radio de curvatura elegido, que se supone es el que permite ajustar de la mejor manera la trayectoria de la curva a la topografía del terreno, es necesario asignar el peralte que debe tener dicha curva para que con su radio permita que los vehículos puedan circular con plena seguridad a la velocidad específica. Para ello, en el presente Manual se ha adoptado el criterio de la AASHTO denominado Método 5, incluido en su versión AASHTO – 2004. Éste método involucra el principio fundamental de que cuando un vehículo recorre una trayectoria curva la compensación de la fuerza centrífuga es realizada fundamentalmente por el peralte de la calzada y cuando el peralte ya resulta insuficiente, completa lo requerido para la compensación de la fuerza centrífuga demandando fricción transversal. Lo anterior implica que para curvas de Radios superiores al mínimo, la fricción transversal demandada no es la fricción transversal máxima (fTmáx) sino que su valor es establecido en el Método 5 mediante una función parabólica. Radios según velocidad específica para peralte máximo de 8%:

63




Radios según velocidad específica para peralte máximo de 6%:

8.4.1.1 Transición del peralte Las longitudes de transición se consideran a partir del punto donde el borde exterior del pavimento comienza a elevarse partiendo de un bombeo normal, hasta el punto donde se forma el peralte total de la curva. La longitud de transición está constituida por dos tramos principales: 1) la distancia (N) necesaria para levantar el borde exterior, del bombeo normal a la nivelación con el eje de la vía, llamado aplanamiento y 2) la distancia (L) necesaria para pasar de este punto al peralte total en la curva circular. La longitud total de transición se define mediante la siguiente expresión:

ef

LBNN

NLLt

*=

+=

Donde: Lt: Longitud total de transición, en metros. L: Longitud del punto donde el peralte es cero al punto del peralte total en la curva circular,

en metros. N: Aplanamiento, en metros. BN: Bombeo normal (vía pavimentada BN = 2%) ef: Peralte total, en porcentaje (%).

8.4.1.2 Rampa de peraltes

Se define la rampa de peraltes, como la diferencia relativa que existe entre la inclinación del eje longitudinal de la calzada y la inclinación del borde de la misma, y se determina por:

Donde:

64




s : Inclinación longitudinal de la rampa de peraltes, (%)

L : Longitud del tramo correspondiente, (m)

ef: Peralte al finalizar el tramo, (%)

ei: Peralte al iniciar el tramo, (%)

a: Distancia del eje de giro al borde de la calzada

En la siguiente tabla se presentan los valores máximos y mínimos de la pendiente longitudinal para la rampa de peraltes. La pendiente mínima, está determinada, para cualquier velocidad de diseño como la décima parte de la distancia entre el eje de giro y el borde de la calzada.

aL

eiefS

−=∆

65




En la anterior figura se ilustra el diagrama de transición de peralte para curvas circulares y para curvas que tienen como transición curvas espirales.

Para el caso de curvas circulares, 1/3 de la longitud de transición se encuentra dentro de la curva circular, y la longitud de transición LT, se determina mediante la utilización de la pendiente relativa máxima.

En el siguiente gráfico se muestra como gira el borde exterior de la media banca en la transición de peralte, para cada uno de los sentidos de una curva.

En el diseño de carreteras, el caso de curvas en el mismo sentido se debe evitar al máximo, sin embargo cuando se presenta ésta situación, para terreno de ondulado a escarpado, se debe tener como entretangencia mínima 5 segundos a la velocidad de diseño, o una distancia que permita realizar la transición de peralte. En la práctica se debe buscar preferiblemente reemplazar las dos curvas de mismo sentido por una sola. A continuación se presenta un caso de transición de peralte para curvas circulares en el mismo sentido.

A continuación se presenta un gráfico en el que se muestra la transición de peraltes para curvas de diferente sentido.

(SE REPITE SIMÉTRICAMENTE A LA SALIDA)

-2% -2%

ei

BN=-2.0%

Izq. Der.0% -2%

eo

Izq. Der.+2% -2%

eid

Izq. Der.+e% -e%

et

Izq. Der.

LONGITUD DE TRANSICIÓNDEL BOMBEO NORMAL


LONGITUD DE TRANSICIÓNDEL PERALTE

CURVA DERECHA - ENTRADA(SE REPITE SIMÉTRICAMENTE A LA SALIDA)

-2% -2%

ei

BN=-2.0%

Izq. Der.0% -2%

eo

Izq. Der.+2% -2%

eid

Izq. Der.+e% -e%

et

Izq. Der.



LONGITUD DE TRANSICIÓNDEL PERALTE

CURVA IZQUIERDA - ENTRADA

PC

PT

ei

eo

eid

PC

ef

ef

PT

eid

CURVAS DERECHAS CONSECUTIVAS

Borde Izquierdo

Borde Derecho

8%

6%

4%

2%

-8%

-6%

-4%-2%

0%

PI

PE

RA

LTE

PC

PT

PI

eid

PC

ef

ef

PT

eid

eo

ef

Borde Izquierdo

Borde Derecho

Entretangencia mínima = 5 x Vsó Suma de longitudes de transición =

.

LTBN1 + LTBN2 + 2/3 (LT1 + LT2 )

66




Variable Valor Unidades Fórmula DescripciónVe 60 km/h Velocidad específicamb 3,5 m Media bancae 8 % Peralte máximoft 0,157 Coeficiente de fricción lateral∆ 43 ° Deflexión de la curva

R min 120 m Radio mínimoT 47,27 m Tangente dela curva circularLc 90,06 m Longitud de la curva circular∆s 0,64 % Pendiente relativa de la rampa de peraltesBN 2 % Bombeo normal

LTBN 10,94 m LTBN = (mb . BN) / ∆s Longitud de transición del bombeo normalLTP 43,75 m LT = (mb . e) / ∆s Longitud de transición del peralteT1 131,537 m Tangente 1T2 139,229 m Tangente 2

inicio 0,000 m K0+000ei 44,160 m ei = eo - LTBN Inicio de la transición del bombeo normaleo 55,100 m eo = PC - 2/3 LTP Transición del borde exterior de un carrileid 66,040 m eid = eo + LTBN Levantamiento del borde e igulación del BNPC 84,267 m PC = T1 - T Abscisa del PCet 98,850 m et = PC + 1/3 LTP Peralte totalet 159,744 m et = PT - 1/3 LTP Peralte totalPT 174,327 m PT = PC + Lc Abscisa del PTeid 192,554 m eid = eo - LTBN Levantamiento del borde e igulación del BNeo 203,494 m eo = PT + 2/3 LTP Transición del borde exterior de un carrilef 214,434 m ef = eo + LTBN Fin de la transición del bombeo normal

final 266,286 m Fin del cálculo

En ambos casos la entretangencia mínima deberá ser igual o superior a los valores obtenidos al calcular la distancia recorrida en 5 segundo a la velocidad específica o a la suma de las longitudes de transición de peralte y bombeo normal, esta última para el caso de curvas en el mismo sentido. Como entretangencia mínima se deberá tomar el mayor valor de los descritos anteriormente.

Ejemplo – Diagrama de peraltes de una curva circular: Diseñar y diagramar la transición de peralte para la curva circular del diagrama, y que debe cumplir los parámetros mínimos para una velocidad de diseño de 60 km/h, y peralte máximo del 8%, deflexión de 43° y media banca de 3.50 m.

PC PT

ei

eo

eid

PC

ef

ef

PT

eo*

CURVA DERECHA - IZQUIERDA

Borde Izquierdo

Borde Derecho

8%

6%

4%

2%

-8%

-6%

-4%-2%

0%

PI

PE

RA

LT

E

PCPT

PI

PC

ef

ef

PT

eid

eo

ef

Borde Izquierdo

Borde Derecho

Entretangencia mínima = 5 x Vsó Suma de longitudes de transición =

.2/3 (LT1 + LT2 )

4 3° 0

'0 "

131,537

139,229PC

PT

K0

K0

+0

00

ei K

0+

04

4.1

6

eo

K0

+0

55

.10

eid

K0

+0

66

.04

PC

K0

+0

84

.27

ef

K0

+0

98

.85

ef

K0

+1

59

.74

PT

K0

+1

74

.33

eid

K0

+2

03

.49

eo

K0

+2

14

.43

ef

K0

+2

66

.29

K0

+2

66

.29

CURVA DERECHA - e max = 8%

Borde Izquierdo

Borde Derecho

8%

6%

4%

2%

-8%

-6%

-4%-2%

0%

PI

AB

SC

ISA

SP

ER

AL

TE

67




8.4.1.3 Distribución del peralte para curvas con radios superiores al mínimo.

En el diseño de carreteras, se presenta el caso de la existencia de curvas con radios superiores al mínimo recomendado para la velocidad específica adoptada. Utilizando la siguiente ecuación:

Donde,

e : peralte buscado para la curva de radio R y grado G

e max: Peralte máximo para la curva de Radio mínimo y Gmax

G: Grado de curvatura para el radio R.

Gmax: Grado máximo, correspondiente al radio mínimo.

Ejemplo, Se tiene una velocidad específica de 60 km/h, determinar el peralte para una curva de radio 200 metros.

El Gmax, con una cuerda de 10 metros para Rmin = 120, es,

C = G x Rmin = > G = C / Rmin = 10 / 120 = 0.08333 Rad

El G, con una cuerda de 10 metros para R = 200, es,

C = G x R = > G = C / R = 10 / 200 = 0.0500 Rad

2

2)( max

max

max

max GGG

eee −−=

%7.6067.0)0833.0050.0(0833.0

08.008.0)( 2

2

2

2==−−=−−= max

max

max

max GGG

eee

68




8.4.2 SOBREANCHO DE LA CALZADA

La calzada en algunas curvas es a veces ensanchada, para que las condiciones de operación de los vehículos en ella, sean iguales a las encontradas en la tangente, tal ensanchamiento se denomina sobreancho. Este es necesario para ciertas curvas, debido a que los vehículos ocupan un ancho mayor, cuando transitan sobre el sector curvo, ya que las ruedas traseras siguen una trayectoria diferente, hacia el interior de la curva con respecto a las ruedas delanteras, debido a la rigidez y geometría del vehículo, lo que ocasiona dificultad a los conductores para mantener el vehículo en el carril.

Para cualquier número de carriles, se tiene la siguiente relación para la determinación de sobreanchos:

Donde:

S : Sobreancho de la calzada, (m)

R : Radio de la curva, (m)

L : Distancia entre eje trasero y parte delantera, (m)

n : Número de carriles por calzada

Se asume un valor para L de 8 metros, que corresponde al vehículo de diseño un bus tipo 580. Se puede determinar el sobreancho de la vía de acuerdo con la relación geométrica anteriormente dada, para cualquier valor del radio R, el cual está elaborado teniendo en cuenta un carril; para calzada de n carriles, se determinará el sobreancho multiplicando por n, el valor dado anteriormente.

Los valores de sobreancho calculados podrán ser redondeados, para obtener valores que sean múltiplos de 0.10 metros.

Para anchos de calzada en recta > 7.00 metros, no se requiere sobreancho, salvo en curvas con ángulo de deflexión mayor a 120°.

El valor del sobreancho, estará limitado para curvas de radio menor a 160 metros y se debe aplicar solamente en el borde interior de la calzada. En el caso de colocación de una junta central longitudinal o de demarcación, la línea se debe fijar en toda la mitad de los bordes de la calzada ya ensanchada.

Se recomienda detallar completamente el sobreancho en los planos de construcción y de esta forma facilitar su interpretación.

R

LnS2

2

=

69




8.4.2.1 Longitud de transición y desarrollo del sobreancho

Es conveniente realizar la transición del sobreancho en la zona de transición del peralta, formando una superficie adicional de calzada, que facilita al usuario especialmente de vehículo pesado maniobrar con facilidad.

La repartición del sobreancho se hace en forma lineal, empleando para ello, la longitud de transición de la sección transversal, de esta forma se puede conocer el sobre ancho deseado en cualquier punto, usando la siguiente relación matemática.

LnL

SSn =

70




Donde:

Sn : Sobreancho deseado en cualquier punto, (m)

S : Sobreancho calculado para la curva, (m)

Ln : Longitud arbitraria, a la cual se desea determinar el sobreancho, (m)

L : Longitud de transición de la sección transversal, (m)

Para información complementaria revisar [Ref – 01] en el capítulo 3.3.3

8.4.3 CURVAS DE TRANSICIÓN

En un diseño donde se utilizan elementos geométricos rígidos como la línea recta y los arcos circulares, cualquier móvil que entre en una curva horizontal o salga de la misma, experimenta un cambio brusco debido al incremento o disminución de la fuerza centrífuga, que se efectúa en forma instantánea, lo que produce incomodidad en el usuario. El conductor sigue generalmente un camino conveniente de transición, lo que puede originar la ocupación de una parte del carril adyacente, cuando se inicia el recorrido de la curva, lo que representa un peligro si el carril aledaño es para tránsito de sentido contrario. Salvo cuando se tienen curvas de radios grandes, donde también se pueden usar pero no es estrictamente necesario, lo indicado es emplear las curvas de transición.

Son las curvas de transición alineaciones de curvatura variable con su recorrido; y su objeto es suavizar las discontinuidades de la curvatura y el peralte. Se evita con ellas, por tanto, un cambio brusco de la aceleración radial, y en el control de la dirección del vehículo; y se dispone de longitudes suficientes, que permiten establecer un peralte y un sobreancho adecuados, modificar el ancho de la calzada y realzar la estética de la vía.

8.4.3.1 Tipos de espirales

Durante el proceso de desarrollo de nuevas tecnologías aplicadas al diseño de carreteras en países europeos, se han utilizado especialmente tres tipos de espirales; las que se describen así:

- Clotoide o Espiral de Euler, cuya expresión más simple es:

R x L = A 2

que corresponde a la radioide de arcos, clotoide, espiral de Euler o espiral de Cornu, para diferenciarla de otras espirales (Espiral de Arquímedes, Espiral Logarítmica, Espiral Hiperbólica).

- La lemniscata de Bernoulli, cuya expresión más simple es:

donde se toma el arco de la curva de transición por el vector r.

- La parábola cúbica, tiene por expresión:

constanteCr

C== ,ρ

velocidadlaconiableconstanteCC

XY var,,

6

3

==

71




Se tiene el inconveniente de no poder ser localizada por deflexiones. De éstas, la más utilizada es la clotoide, teniendo en cuenta que su aplicación es relativamente sencilla.

La clotoide

Corresponde a la espiral con más uso en el diseño de carreteras, sus bondades con respecto a otros elementos geométricos curvos, permiten obtener carreteras cómodas, seguras y estéticas.

Las principales ventajas de las espirales en alineamientos horizontales son las siguientes:

• Una curva espiral diseñada apropiadamente proporciona una trayectoria natural y fácil de seguir por los conductores, de tal manera que la fuerza centrífuga crece o decrece gradualmente, a medida que el vehículo entra o sale de una curva horizontal.

• La longitud de la espiral se emplea para realizar la transición del peralte y la del sobreancho entre la sección transversal en línea recta y la sección transversal completamente peraltada y con sobreancho de la curva.

• El desarrollo del peralte se hace en forma progresiva, con lo que se consigue que la pendiente transversal de la calzada sea, en cada punto, la que corresponde al respectivo radio de curvatura.

• La flexibilidad de la clotoide y las muchas combinaciones del radio con la longitud, permiten la adaptación a la topografía, y en la mayoría de los casos la disminución del movimiento de tierras, para obtener trazados más económicos.

Con el empleo de las espirales en autopistas y carreteras, se mejora considerablemente la apariencia en relación con curvas circulares únicamente. En efecto, mediante la aplicación de espirales se suprimen las discontinuidades notorias al comienzo y al final de la curva circular (téngase en cuenta que sólo se utiliza la parte inicial de la espiral), la cual se distorsiona por el desarrollo del peralte, lo que es de gran ventaja también en el mejoramiento de carreteras existentes.

Ecuaciones paramétricas

La clotoide se puede definir como una curva tal que su radio es inversamente proporcional a su longitud. Su ecuación intrínseca es:

Donde:

L : Longitud desde el origen a los puntos indicados, (m)

R : Radios en los puntos indicados, (m)

A : Parámetro de la clotoide, (m)

R

ALentoncesARL

22 ,, ==⋅

72




Parámetro A

a. Consideraciones generales

• Por definición, en las clotoides la curvatura varía gradualmente desde cero (0) en la tangente, hasta un valor máximo correspondiente al de la curva circular espiralizada, ya que el radio de la curva, en cualquier punto de la espiral, varía con la distancia desarrollada a lo largo de la misma, manteniendo su parámetro A constante. Es decir, aún cuando el radio y la longitud de los distintos puntos de la clotoide tienen diferentes valores, estos están ligados entre sí, de modo que su producto es un valor constante, pudiéndose fácilmente calcular uno de ellos cuando se conoce el valor del otro;

• En relación con el punto de curvatura nula (R = ∝, L = 0) o tangente de entrada, todas las clotoides son homotéticas, siendo precisamente A el factor de homotecia, que define su magnitud. La variación de A, por tanto, genera familias de curvas;

• Las clotoides de parámetro A grande, aumentan lentamente su curvatura y, por consiguiente, son aptas para la marcha rápida de los vehículos. Las espirales de parámetro A pequeño aumentan rápidamente su curvatura y, por consiguiente, se utilizan para velocidades de marcha reducida;

• El parámetro A, al fijar el tamaño de la clotoide, fija la relación entre R (radio), L (longitud) y q (ángulo central de la espiral).

b. Cálculo

Si en la fórmula A2=RL hacemos R=L, entonces: A = R = L, y el punto en que tal cosa ocurre es el punto paramétrico de la clotoide, punto en el cual el radio de curvatura y la longitud del arco desde el origen son iguales. En el punto paramétrico corresponde un arco entre las tangentes de 28°38’52”.

73




Ecuaciones de cálculo para la clotoide:

Descripción Ecuación

Parámetro (m)

Deflexión (Radianes)

Coordenadas Xc, en cualquier punto de la

espiral (m)

Coordenadas Yc, en cualquier punto de la

espiral (m)

Disloque P = ∆R

Disloque K = XM

Tangente Larga

Tangente Corta

Tangente de la Espiral

Externa Espiral

Elementos de una curva circular simple espiralizada

Deflexión tramo circular (radianes)

Longitud Circular

Cuerda (arco) C=5 terreno escarpado, C=10 terreno ondulado y montañoso y C=20 para tereno plano

Grado (radianes)

R

Lee

2=θ

RLeA ⋅=2

⋅+

⋅−

⋅+

⋅−=

!817!613!49!251

8642 eeeeLeXc

θθθθ

⋅−

⋅+

⋅−=

!715!511!373

753 eeeeLeYc

θθθθ

)1(cos −+=∆= eRYcRP θ

eRXcHMK θsen−==

etan

YcXcTl

θ−=

e

YcTc

θsen=

)(2

PRtanKTe +∆

+=

RPR

Ee −∆

+=

2cos

ec θ×−∆=∆ 2

RcLc ×∆=

R

CG =

74




Elementos Geométricos de una Espiral Clotoide

En un empalme simétrico de clotoide y clotoide, se pueden determinar todos los elementos geométricos de la espiral partiendo de la externa (Ee) y del ángulo de deflexión (∆); mediante las siguientes expresiones:

2

∆=eθ

75




8.4.3.2 Valores límite en el diseño de una espiral clotoide

Ver también Capítulo 6, Página 97 de la Ref-07

Las bondades del arco de transición denominado Clotoide, en comparación con el empleo del arco circular, son evidentes, cuando en el diseño se utilizan los siguientes valores límite, como una medida de mantener condiciones geométricas y dinámicas de conducción aceptables:

a. Determinación del parámetro mínimo de la clotoide, A min.

El parámetro mínimo de la clotoide, se establece con base en el estudio y análisis de tres criterios relacionados, con la comodidad y seguridad del usuario de la vía. El valor del parámetro de diseño, se tomará de acuerdo con la envolvente superior de los valores determinados para cada uno de los criterios establecidos.

La siguiente tabla se establece los valores obtenidos en el desarrollo de cada criterio, para cada uno de los radios de diseño, teniendo en cuenta la velocidad específica. Así mismo, los valores seleccionados de acuerdo con la envolvente superior.

Tabla 3.3.7 DETERMINACION DEL PARAMETRO MINIMO (Amin)

Figura 3.3.18 VALOR DEL PARAMETRO MINIMO CON RELACION AL RADIO PARA CARRIL = 3.65m

Criterio I. Variación uniforme de la fuerza centrífuga (J), no compensada por el peralte

Criterio II. Limitación por transición del peralte, en la determinación de los valores del parámetro mínimo, se tendrá en cuenta la inclinación máxima permitida de la rampa de peraltes. Así mismo, la distancia del eje de giro al borde de calzada (a), la cual toma valores de 3.00, 3.30, 3.50 y de 3.65 metros.

Criterio III. Condición de percepción y de estética, la longitud de la curva de transición ha de ser suficiente para que se perciba de forma clara el cambio de curvatura, orientando adecuadamente al conductor y creando alineamientos armoniosos.

Criterio III.1. Se asume el disloque mínimo de 0.25 m.

Criterio III.2. Angulo de giro de la espiral mínimo de 3 grados

La Tabla anterior relaciona los valores hallados, de acuerdo con las fórmulas matemáticas establecidas anteriormente en cada uno de los criterios . Así mismo, la columna denominada valor

76




superior seleccionado (m), contiene los valores mínimos del parámetro (A) a emplear en el diseño y cálculo de clotoides, para cada uno de los radios y anchos de carril (c).

Además, el valor máximo del parámetro (A máx), debe ser igual a 1.1 veces el radio de cálculo de la espiral: A máx. = 1.1 R

Para terrenos de topografía muy difícil, en los cuales sólo tienen aplicación radios pequeños, es indispensable colocar mayores anchos de calzada, para mantener condiciones de conducción favorables al usuario de vehículos pesados tipo camión.

En algunos casos excepcionales, puede ser necesario utilizar valores inferiores a los estipulados en los puntos anteriores, llegándose a un mínimo radio del eje de la calzada de 12.50 metros y el borde interior no menor a 5.30 metros. El valor del parámetro del arco de transición podrá entonces estar contenido en el rango comprendido entre R < A < 1.2 R, donde A es el parámetro de la clotoide, en metros; y R es el radio último de la clotoide, por el eje, en metros.

Para los criterios anteriormente enunciados utilizar las ecuaciones del capítulo 3.3.5.7 de [Ref-01]

8.4.4 CRITERIOS GENERALES PARA EL ALINEAMIENTO HORIZONTAL

Adicionalmente a los parámetros numéricos de diseño especificados anteriormente para el alineamiento horizontal, se debe estudiar un número de controles, los cuales no están sujetos a demostraciones empíricas o a fórmulas matemáticas, pero son muy importantes para lograr carreteras seguras y de flujo de tránsito suave y armonioso. Para evitar el diseño geométrico que presenta vías inseguras e incómodas, se deben usar los siguientes criterios generales:

a. El alineamiento debe ser tan directo como sea posible, ser consistente a los contornos de topografía que siguen una línea de ceros, de acuerdo con la línea de pendiente seleccionada.

Una línea flexible que se acomode al contorno natural, es preferible a una rígida con largas tangentes. Los cortes en la construcción se deben reducir al mínimo posible, y las zonas de producción especialmente agrícola deben conservarse.

Las cualidades estéticas de un alineamiento curvo son muy importantes, con el fin de proporcionar en el diseño tramos que permitan maniobras de adelantamiento en carreteras de dos carriles, diseñando curvas de radios amplios y/o tangentes moderadamente largas.

b. En un proyecto geométrico con velocidad de diseño especificada, se debe procurar establecer curvas con velocidad específica, no muy superior a la velocidad de diseño.

En general el ángulo de deflexión para cada curva, debe ser tan pequeño como sea posible, en la medida que las condiciones topográficas lo permitan, teniendo en cuenta, que las carreteras deben ser tan directas como sea posible.

c. Los alineamientos siempre deben ser consistentes, no se debe introducir una curva pronunciada después de una larga tangente, los cambios bruscos de sectores con curvas amplias a sectores con curvas pronunciadas debe evitarse. Cuando en situaciones críticas se empleen curvas de radio mínimo, en los sectores adyacentes, para tránsito en las dos direcciones, se deben diseñar curvas que crean una transición entre los dos sectores.

d. Criterio de consistencia.

77




En carreteras convencionales de velocidad de diseño hasta 90 km/h las velocidades específicas no deberán sobrepasar en 30 km/h la velocidad de diseño del tramo correspondiente.

La velocidad de diseño de un tramo cualquiera, será la menor velocidad específica de dicho tramo.

La variación de la velocidad específica entre dos curvas consecutivas no deberá ser mayor a 20 km/h, salvo que se disponga de entretangencias mayores a la mínima. En el caso de que existan tangentes mayores puede llegar a ser hasta 30 km/h.

e. Se debe procurar que la longitud máxima de recta no sea superior a 15 veces la menor de las velocidades específicas de las curvas adyacentes.

L máxima de tangente (m) = 15 veces velocidad específica menor (km/h).

f. En sectores críticos de curvas horizontales con arcos circulares y de transición de radio mínimo, la curva vertical deberá estar en lo posible contenida en el sector circular.

g. El diseño de dos curvas horizontales del mismo sentido, con una tangente corta entre ellas debe evitarse; excepto en anillos viales. En un diseño de carretera rural normalmente prevalece la condición de curvas sucesivas en diferente sentido, lo cual desarrolla un hábito especial en los conductores.

El alineamiento con tangente larga entre dos curvas del mismo sentido tiene un aspecto agradable, especialmente cuando no se alcanza a percibir las dos curvas horizontales.

h. Es necesario mediante sistemas de señalización horizontal y como medida de seguridad vial, separar la calzada de las bermas y los carriles entre sí de acuerdo con la dirección del tránsito.

i. Para evitar inconsistencia o distorsión de una carretera, la cual origina inseguridad, el alineamiento horizontal debe ser cuidadosamente coordinado con el diseño vertical; los criterios para una buena coordinación se darán en la sección de coordinación de los alineamientos horizontal y vertical.

78




8.4.5 EJEMPLOS DE APLICACIÓN

Tipo de Curva ECE, caso típicoDeflex = Deflexión de la curva = dato del problema 50° 30' 30.0'' D rad. 0.8815

Vd = Velocidad de diseño =Adoptado, en función del TPD, tipo de terreno y

pendiente longitudinal.= 50.00 km/h

Mb = Ancho de media banca adoptado para el diseño =Adoptado, en función del TPD, tipo de terreno y

pendiente longitudinal.= 3.30 m

e max = Peralte máximo = dato del problema 8.00 %BN = Bombeo Normal = dato del problema = 2.00 %fl = Coeficiente de fricción longitudinal f(Vd) = 0.164

∆s = Pendiente relativa de la rampa de peraltes, f(Vd) = 0.87 %

R = Radio de diseño de la curva f(Vd) R = Vd2 / 127 (e + fl) = R = 502 / 127 x (0.08 + 0.164) = 80.68 mL = Longitud del vehículo de diseño = 8.00 m

sa =Sobrenacho, para calzadas inferiores a 7.00 m y deflexiones

mayores de 120° = n x L2 / 2Rsa = 2 x 82 / (2 x 80.68) 0.10 m

LTP = Longitud de Transición de Peralte = ( Mb + sa) x e / ∆s = LTP = ( 3.30 + 0.10) x 8.0 / 0.87 = 31.26 m

LTBN =Longitud de Transición del Bombeo Normal = (Mb + sa) x BN /

∆s= LTP = ( 3.30 + 0.10) x 2.0 / 0.87 = 7.81 m

Le = Para curva ECE (espiral - circulo - espiral) es igual a LTP = = 31.26 m

A = Parámetro de la espiral = ( Le x R )0.5 = A = ( 31.26 x 80.68 )0.5 = 50.22 m

θe = Deflexión de la espiral = Le / 2R, θe en radianes = θe = 31.26 / ( 2 x 80.68 ) = 11° 05' 56.8'' rad. 0.1937

Xc = Coordenada de la espiral = = θe en radianes = 31.14 m

Yc = Ordenada de la espiral = = θe en radianes = 2.01 m

P = Disloque = P = Yc + R (cos θe - 1), θe en radianes = P = 2.01 + 80.68 (cos 0.1937 - 1) = 0.50 mK = Disloque = K = Xc - R x sen θe, θe en radianes = K = 31.14 - 80.68 x sen 0.1937 = 15.61 mTl = Tangente larga = Tl = Xc - Yc / tan (θe) = Tl = 31.14 - 2.01 / tan (0.1937) = 20.88 mTc = Tangente corta = Tc = Yc / sen ( θe ) = Tc = 2.01 / sen (0.1937) = 10.46 mTe = Tangente de la espiral = Te = K + tan ( ∆ / 2 ) x ( R + P ) = Te = 15.61 + tan (0.7943/2) x (80.68 + 0.50) = 53.90 mEe = Externa de la espiral = Ee = {( R + P ) / ( cos ( ∆ / 2 ) )} - R = Ee = {(80.68 + 0.50) / cos (0.7943/2)} - 80.68 = 9.08 m

∆c = Deflexión circular = ∆ - 2 x θe = ∆c = 50°30'30" - 2 x 11°05'56.5" = 28° 18' 36.3'' rad. 0.4941Lc = Longitud Circular = ∆c x R, Dc en radianes = Lc = 0.4941 x 80.68 = 39.86 m

Cuerda =Cuerda de la circular, 5 m para terreno montañoso y escarpado, 10 para terreno ondulado y 20 para terreno plano

= 10.00 m

G = Grado de la circular G = C / R, G en radianes = G = 10 / 80.68 = 07° 06' 06.9'' rad. 0.1240

Lc min.=Longitud de circular mínima = 2.5 seg. x Vd / 3.6, Lc min en metros

= Lc min = 2.5 x 50 / 3.6 = 34.72 m Cumple

CALCULO DEL ABSCISADO

INICIO =d1 = 70.00d2 = 65.00TE = INICIO + d1 - Te = K0+000 + 70 - 53.90 =EC = TE + Le = K0+016.10 + 31.26 =CE = EC + Lc = K0+047.35 + 39.86 =ET = CE + Le = K0+087.22 + 31.26 =Fin = ET + d2 - Te = K0+118.47 + 65 - 53.90 =

ABSCISADO DEL DIAGRAMA DE PERALTESB. Izq. B. Der.

ei = TE - LTBN = K0+016.10 - 7.81 = -2 -2

eo = TE = 0 -2

eid = TE + LTBN = K0+016.10 + 7.81 = 2 -2

et = EC = 8 -8

et = CE = 8 -8

eid = ET - LTBN = K0+118.47 - 7.81 = 2 -2

eo = ET = 0 -2

ef = ET + LTBN = K0+118.47 + 7.81 = -2 -2

ELEMENTOS DE CURVATURA - CASO I

K0+000.00

Abscisa

K0+016.10

K0+118.47K0+129.57

Abscisa

K0+016.10K0+047.35K0+087.22

K0+118.47

K0+126.29

Peralte (%)

K0+023.91

K0+047.35

K0+087.22

K0+110.66

K0+008.28

⋅+

⋅−

⋅+

⋅−=

!817!613!49!251

8642 eeeeLeXc

θθθθ

⋅−

⋅+

⋅−=

!715!511!373

753 eeeeLeYc

θθθθ

K0+047.3

5

K0+087.2

2

K0+008.2

8

K0+016.1

0

K0+023.9

1

K0+110.6

6

K0+118.4

7

K0+126.2

9

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 20 40 60 80 100

120

140

Abscisado (m)

Peralte (%)

B. Izq. B. Der.

d1 = 70 D2 = 65

∆ = 50°30'30"

INICIO K0+000 FIN K0+129.57

BN

0% -2%

-2%+2%

-8%

+8%

Izq Der

eiBN

eo

eid

et

-8%

+8%

et

-2%+2%

eid0% -2%

eo

BN

efBN

CL

BORDES

ei

eo =

TE

eid et =

EC

et =

CE

eid

eo =

ET

ef

79




Tipo de Curva ECE, cuando la Lc no cumple con Lc mínima

Deflex = Deflexión de la curva = dato del problema 46° 00' 00.0'' D rad. 0.8029

Vd = Velocidad de diseño =Adoptado, en función del TPD, tipo de terreno

y pendiente longitudinal.= 50.00 km/h

Mb = Ancho de media banca adoptado para el diseño =Adoptado, en función del TPD, tipo de terreno

y pendiente longitudinal.= 3.30 m

e max = Peralte máximo = dato del probelma 8.00 %BN = Bombeo Normal = dato del problema = 2.00 %fl = Coeficiente de fricción longitudinal f(Vd) = 0.164


R = Radio de diseño de la curva f(Vd) R = Vd2 / 127 (e + fl) = R = 502 / 127 x (0.08 + 0.164) = 80.68 m

L = Longitud del vehículo de diseño = 8.00 m




LTBN =Longitud de Transición del Bombeo Normal = (Mb + sa) x BN / ∆s

= LTP = ( 3.30 + 0.20) x 2.0 / 0.87 = 7.81 m


θe = Deflexión de la espiral = = 11° 05' 56.8'' rad. 0.1937



= Lc min = 2.5 x 50 / 3.6 = 34.72 m No se Cumple

Deflex = Deflexión de la curva = dato del probelma 46° 00' 00.0'' D rad. 0.8029





e max = Peralte máximo = dato del probelma 8.00 %BN = Bombeo Normal = dato del probelma = 2.00 %fl = Coeficiente de fricción longitudinal f(Vd) = 0.164

∆s = Pendiente relativa de la rampa de peraltes, f(Vd) = 0.87 %Lc = Lc min => ∆c x R = 2.5Vd / 3.6 => ∆ - 2 x θe = 2.5Vd / 3.6R => ∆ - Le/R = 2.5Vd / 3.6R => R =1/∆∆∆∆ x (Le+2.5Vd/3.6) = 82.18 m

L = Longitud del vehículo de diseño = 8.00 m


mayores de 120° = n x L2 / 2Rdsa = 2 x 82 / (2 x 80.68) 0.10 m



= LTP = ( 3.30 + 0.10) x 2.0 / 0.87 = 7.81 m


A = Parámetro de la espiral = ( Le x R )0.5 = A = ( 31.26 x 80.68 )0.5 = 50.68 m

θe = Deflexión de la espiral = Le / 2R, θe en radianes = θe = 31.26 / ( 2 x 80.68 ) = 10° 53' 45.4'' rad. 0.1902





Cuerda =Cuerda de la circular, 5 m para terreno montañoso y escarpado, 10 para terreno ondulado y 20 para terreno plano

= 10.00 m

G = Grado de la circular G = C / R, G en radianes = G = 10 / 82.18 = 06° 58' 19.0'' rad. 0.1217


= Lc min = 2.5 x 50 / 3.6 = 34.72 m Cumple


INICIO =d1 = 70.00d2 = 65.00TE = INICIO + d1 - Te = K0+000 + 70 - 50.70 =EC = TE + Le = K0+019.30 + 31.26 =CE = EC + Lc = K0+050.55 + 34.72 =ET = CE + Le = K0+085.28 + 31.26 =Fin = ET + d2 - Te = K0+116.53 + 65 - 50.70 =


ei = TE - LTBN = K0+019.30 - 7.81 = = -2 -2

eo = TE = 0 -2

eid = TE + LTBN = K0+019.30 + 7.81 = = 2 -2

et = EC = 8 -8

et = CE = 8 -8

eid = ET - LTBN = K0+116.53 - 7.81 = 2 -2

eo = ET = 0 -2

ef = ET + LTBN = K0+116.53 + 7.81 = -2 -2

ELEMENTOS DE CURVATURA - CASO II

Cuando no se cumple Lc min, se puede adoptar para el diseño un calcula de curva ECE modificiando el radio hasta ajustarse a la Lc minima así:

Para un diseño óptimo se debe buscar que el nuevo radio de diseño no sobrepase en mas de un 30% la magnitud del promedio de los radios del sector en diseño. Por ejemplo: 82.18 / 80.68 = 17.14%, es decir que el incremento con respecto al radio mínimo fue d

Abscisa

K0+000.00

K0+019.30K0+050.55K0+085.28K0+116.53K0+130.83

Abscisa Peralte (%)

K0+011.48

K0+019.30

K0+027.11

K0+050.55

K0+085.28

K0+108.72

K0+116.53

K0+124.35

⋅+

⋅−

⋅+

⋅−=

!817!613!49!251

8642 eeeeLeXc

θθθθ

⋅−

⋅+

⋅−=

!715!511!373

753 eeeeLeYc

θθθθ


d2 = 65

∆ = 46°0'0"

d1 = 70

BN

0% -2%

-2%+2%

-8%

+8%

Izq Der

eiBN

eo

eid

et

-8%

+8%

et

-2%+2%

eid0% -2%

eo

BN

efBN

CL

BORDES

K0+050.5

5

K0+085.2

8

K0+011.4

8

K0+019.3

0

K0+027.1

1

K0+108.7

2

K0+116.5

3

K0+124.3

5

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 20 40 60 80 100

120

140

Abscisado (m)

Peralte (%)

B. Izq. B. Der.

ei

eo =

TE

eid et =

EC

et =

CE

eid

eo =

ET

ef

80




Tipo de Curva EE, cuando la Lc no cumple con Lc mínima

Deflex = Deflexión de la curva = dato del problema 20° 00' 00.0'' D rad. 0.3491





e max = Peralte máximo = dato del problema 8.00 %BN = Bombeo Normal = dato del problema = 2.00 %fl = Coeficiente de fricción longitudinal f(Vd) = 0.164


R = Radio de diseño de la curva f(Vd) R = Vd2 / 127 (e + fl) = R = 502 / 127 x (0.08 + 0.164) = 80.68 mL = Longitud del vehículo de diseño = 8.00 m





= LTP = ( 3.30 + 0.20) x 2.0 / 0.87 = 7.81 m


θe = Deflexión de la espiral = = 11° 05' 56.8'' rad. 0.1937

∆c = Deflexión circular = ∆ - 2 x θe = ∆c = 20°00'00" - 2 x 11°25'22.5" = -03° 48' 06.3'' rad. -0.0384Lc = Longitud Circular = ∆c x R, Dc en radianes = Lc = 0.4154 x 80.68 = -3.10 No puede ser Negativo


= Lc min = 2.5 x 50 / 3.6 = 34.72 No se Cumple

Deflex = Deflexión de la curva = dato del probelma 20° 00' 00.0'' D rad. 0.3491





e max = Peralte máximo = dato del probelma 8.00 %BN = Bombeo Normal = dato del probelma = 2.00 %fl = Coeficiente de fricción longitudinal f(Vd) = 0.164

∆s = Pendiente relativa de la rampa de peraltes, f(Vd) = 0.87 %L = Longitud del vehículo de diseño = 1.171417947 8.00 m


mayores de 120° = n x L2 / 2Rdsa = 2 x 82 / (2 x 80.68) 0.10 m



= LTP = ( 3.30 + 0.10) x 2.0 / 0.87 = 7.81 m

Le =Para curva EE (espiral - espiral) es igual Le = LTP + 2.5/2 seg x Vd / 3.6

= Le = 31.26 + 2.5 / 2 x 50 / 3.6 = 48.62 m

θe = Cuando se diseña una curva EE, θe = ∆ / 2 = θe = 0.3491 / 2 = 10° 00' 00.0'' rad. 0.1745R = R = Le / ( 2 x θe ) = R = 48.62 / ( 2 x 0.1745) = 139.28 m

A = Parámetro de la espiral = ( Le x R )0.5 = A = ( 31.26 x 80.68 )0.5 = 82.29




∆c = Deflexión circular = ∆ - 2 x θe = ∆c = 46°00'00" - 2 x 10°53'45.4" = 00° 00' 00.0'' rad. 0.0000Lc = Longitud Circular = ∆c x R, Dc en radianes = Lc = 0.4225 x 82.18 = 0.00 Parámetro buscado, cumpleLongitud min. con e max.=

Longitud mínima con peralte máximo = 2.5 seg. x Vd / 3.6, Lc min en metros

= L min = 2.5 x 50 / 3.6 = 34.72


INICIO =d1 = 70.00d2 = 65.00TE = INICIO + d1 - Te = K0+000 + 70 - 48.97 =EE (EC = CE) = TE + Le = K0+019.30 + 31.26 =ET = CE + Le = K0+085.28 + 31.26 =Fin = ET + d2 - Te = K0+116.53 + 65 - 48.97 =


ei = TE - LTBN = K0+021.03 - 7.81 = = -2 -2

eo = TE = 0 -2

eid = TE + LTBN = K0+021.03 + 7.81 = = 2 -2

et = TE + LTP = K0+021.03 + 31.26 = 8 -8

EE = 8 -8

et = ET - LTP = K0+118.27 - 31.26 = 8 -8

eid = ET - LTBN = K0+118.27 - 7.81 = 2 -2

eo = ET = 0 -2

ef = ET + LTBN = K0+118.27 + 7.81 = -2 -2

ELEMENTOS DE CURVATURA - CASO III

Cuando no se cumple Lc min o es negativo, se puede adoptar para el diseño un calculo de curva EE, logrando que θθθθe = ∆∆∆∆/2

Para un diseño óptimo se debe buscar que la longitud con peralte máximo sea como mínimo igual a la Longitud de Circular mínima planteada en los ejercicios anteriores. Se debe

Cumple con que la longitud mínima con e max = 2 x (Le - LTP) = 2 x (48.62 - 31.26) = 34.72

K0+118.27K0+134.30

Abscisa

Abscisa

K0+000.00

K0+021.03K0+069.65

Peralte (%)

K0+013.22

K0+021.03

K0+028.85

K0+126.08

K0+069.65

K0+052.29

K0+087.01

K0+110.45

K0+118.27

K0+126.0

8

K0+052.2

9

K0+069.6

5

K0+013.2

2

K0+021.0

3

K0+028.8

5

K0+087.0

1

K0+110.4

5

K0+118.2

7

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 20 40 60 80

100

120

140

Abscisado (m)

Peralte (%)

B. Izq. B. Der.

⋅+

⋅−

⋅+

⋅−=

!817!613!49!251

8642 eeeeLeXc

θθθθ

⋅−

⋅+

⋅−=

!715!511!373

753 eeeeLeYc

θθθθ

BN

0% -2%

-2%+2%

-8%

+8%

Izq Der

eiBN

eo

eid

et

-8%

+8%

et

-2%+2%

eid0% -2%

eo

BN

efBN

CL

BORDES

eieo

= T

E

eid

et et

eid

eo =

ET

ef

EE


d1 = 70 d2 = 65

∆ = 20°0'0"

81




8.5 ALINEAMIENTO VERTICAL

El alineamiento vertical está formado por la rasante, constituida por una serie de rectas enlazadas por arcos verticales parabólicos.

En terreno plano, el alineamiento sigue la topografía, exigiendo especial énfasis en el drenaje;

En terreno ondulado, en general las rasantes son onduladas;

En terreno montañoso, el alineamiento está condicionado por las restricciones y condiciones topográficas;

En los terrenos escarpados, el alineamiento vertical está definido, por las divisorias de aguas.

8.5.1 PENDIENTES

La pendiente gobernadora es la pendiente media que teóricamente puede darse a la línea de subrasante para vencer un desnivel determinado, en función de las características del tránsito y la configuración del terreno; la mejor pendiente gobernadora para cada caso, será aquella que al conjugar estos conceptos, permita obtener el menor costo de construcción, conservación y operación.

Respecto a valores mínimos para pendiente longitudinal, éstos están determinados por las condiciones de drenaje. De todas maneras, la inclinación de la línea de máxima pendiente en cualquier punto de la calzada no será menor que 0.5%; salvo justificación, no se proyectarán longitudes de rampas o pendientes cuya distancia de recorrido a la velocidad de diseño sea inferior a 10 segundos, dicha longitud se medirá entre vértices contiguos.

Para la selección de la pendiente máxima es necesario considerar dos situaciones. La primera, cuando durante el desarrollo de los estudios para la definición del corredor de ruta, que se llevan a cabo durante la Fase 1 del proyecto, se requiere adoptar la Pendiente Media Máxima del corredor (PMmáx), la cual debe estar en consonancia con la Velocidad de Diseño del tramo homogéneo. En la siguiente Tabla se presentan los valores correspondientes.

La segunda situación está asociada a la selección de la pendiente máxima de una tangente vertical en particular, caso en el que la pendiente máxima es función de la Velocidad Específica de la tangente vertical (VTV). En la siguiente tabla se indican los valores de la pendiente máxima permitida, que depende de la categoría de la carretera y la Velocidad Específica de la tangente vertical (VTV).

82




Para que el diseño sea completo, además del porcentaje de pendiente es necesario estudiar su longitud. Se introduce aquí el concepto de Longitud Crítica de una Pendiente, definida como la máxima longitud en rampa (subida) sobre la cual un camión cargado puede operar sin ver reducida su velocidad por debajo de un valor prefijado. Para establecer éstos valores es necesario considerar los siguientes aspectos:

- Relación peso/potencia de los vehículos pesados.

- Pendiente óptima para éstos vehículos.

- Velocidad con la cual se inicia el ascenso; y

- Velocidad mínima aceptada en la pendiente.

Todos estos factores son variables y dependen del tipo de vehículo predominante, de la velocidad de diseño, de la carretera, y de las velocidades de operación aceptadas. Las Figuras 3.4.1 y 3.4.2 muestran los valores de longitud crítica de pendiente para valores de reducción de velocidad de 8, 15 y 25 km/h y camiones pesados de 300 lb/HP y 200 lb/HP respectivamente. El camión pesado típico de la Figura 3.4.2 se puede tomar como el camión promedio, mientras que el camión pesado típico de la Figura 3.4.1 correspondería al camión más pesado que se produce en el país.

8.5.2 ECUACIÓN GENERAL

Ver también Capítulo 9, alineamiento Vertical, Ref-07

Las curva verticales son parábolas, su ecuación general es:

E = A x LCV / 800

Donde,

E = Externa de la curva vertical

A = diferencia algebraica de pendientes (la de salida menos la de entrada)

LCV = Longitud de la curva vertical

La corrección por curvatura en cualquier punto de la curva vertical obedece a la siguiente ecuación:

Y = A / (200 x LCV) x X2

Donde:

Y = Ordenada en cualquier punto de la curva vertical


83




LCV = Longitud de la curva vertical

X = Abscisa del punto en que se busca la corrección Y

La longitud de curva vertical “LCV” se determina con la ecuación

LCV = K x A

Donde:

LCV = Longitud de curva vertical

K = Parámetro en función de la distancia de visibilidad de parada o adelantamiento.


A continuación se muestra un diagrama con los elementos de curva vertical.

A continuación se muestra un diagrama en donde se muestra las diferentes configuraciones de la curva vertical y de determinación de “A”.

PIV

PCVPTV

LCV

a = PENDIENTE DE ENTRADA b = PENDIENTE DE SALIDA

EY

X

E = A . L800

Y = A . X200 L

2A = - b - a

+a -b

CURVAS CONVEXAS

A = -b - (+a) A = +b - (+a)+a

+b -a

A = -b - (-a)

-b

+b-a

A = +b - (-a)

CURVAS CONCAVAS

-a A = -b - (-a)

-b

+b

A = +b - (+a)

+a

84




A continuación se muestra la metodología para la determinación del valor de K.

8.5.3 EJEMPLO DE APLICACIÓN

Determinar la longitud de curva vertical para el siguiente alineamiento, y velocidad de diseño de 60 km/h.

85




Vel. De Diseño = 60.00 km/h Vel. De Diseño = 60.00 km/hfl = Fricciòn Longitudinal = 0.35 fl = Fricciòn Longitudinal = 0.35Tar = Tiempo de acción - reacción = 2.50 seg Tar = Tiempo de acción - reacción = 2.50 segPendiente de entrada "a" = 8.00 % Pendiente de entrada "a" = -8.00 %Pendiente de salida "b" = -6.00 % Pendiente de salida "b" = 6.00 %A = b - a = -6 - (+8) = -14.00 % A = b - a = 6 - (-8) = 14.00 %

DPV = Vd x Tar / 3.6 + Vd2 / (254 x (fl ± p)) = DPV = Vd x Tar / 3.6 + Vd2 / (254 x (fl ± p)) =

DPV = 60 x 2.5 / 3.6 + 602 / (254 x (0.35 - 0.08)) = 94.16 m DPV = 60 x 2.5 / 3.6 + 602 / (254 x (0.35 - 0.08)) = 94.16 m

Hipotesis DVP < LCV Hipotesis DVP < LCV

K = DVP2 / 425 = 94.162 / 425 = 20.86 K = DVP2 / (120 + 3.5 x DVP) = 94.162 / (120 + 3.5 x 94.16) =

19.72

LCV = K x | A | = 20.86 x 14 = 292.06 m LCV = K x | A | = 19.72 x 14 = 276.10 mSe cumple la condición DVP < LCV Se cumple la condición DVP < LCVSe adopta como valor de LCV = 300.00 m Se adopta como valor de LCV = 280.00 m

Vel. De Diseño = 60.00 km/h Vel. De Diseño = 60.00 km/hfl = Fricciòn Longitudinal = 0.35 fl = Fricciòn Longitudinal = 0.35Tar = Tiempo de acción - reacción = 2.50 seg Tar = Tiempo de acción - reacción = 2.50 segPendiente de entrada "a" = 8.00 % Pendiente de entrada "a" = -8.00 %Pendiente de salida "b" = 4.00 % Pendiente de salida "b" = -4.00 %A = b - a = +4 - (+8) = -4.00 % A = b - a = -4 - (-8) = 4.00 %


DPV = 60 x 2.5 / 3.6 + 602 / (254 x (0.35 - 0.08)) = 94.16 m DPV = 60 x 2.5 / 3.6 + 602 / (254 x (0.35 - 0.08)) = 94.16 m

Hipotesis DVP < LCV Hipotesis DVP < LCV K = DVP2 / 425 = 94.162 / 425 = 20.86 K = DVP2 / 425 = 94.162 / 425 = 19.72LCV = K x | A | = 20.86 x 4 = 83.45 m LCV = K x | A | = 20.86 x 4 = 78.89 mNo se cumple la condición DVP < LCV No se cumple la condición DVP < LCV

Hipotesis DVP > LCV Hipotesis DVP > LCV K = ( 2 x DVP - 425 / | A | ) / | A | = K = ( 2 x DVP - (120 + 3.5 x DVP) / | A | ) / | A |K = ( 2 x 94.16 - 425 / 4 ) / 4 = 20.52 K = ( 2 x 94.16 - (120 + 3.5 x 94.16) / 4) / 4 18.98LCV = K x | A | = 15.55 x 4 = 82.07 m LCV = K x | A | = 18.98 x 4 = 75.93 mSe cumple la condición DVP > LCV Se cumple la condición DVP > LCVSe adopta como valor de LCV = 90.00 m Se adopta como valor de LCV = 80.00 m

Vel. De Diseño = 60.00 km/h Vel. De Diseño = 60.00 km/hfl = Fricciòn Longitudinal = 0.35 fl = Fricciòn Longitudinal = 0.35Tar = Tiempo de acción - reacción = 2.50 seg Tar = Tiempo de acción - reacción = 2.50 segPendiente de entrada "a" = 8.00 % Pendiente de entrada "a" = -8.00 %Pendiente de salida "b" = 6.00 % Pendiente de salida "b" = -6.00 %A = b - a = +6 - (+8) = -2.00 % A = b - a = -6 - (-8) = 2.00 %


DPV = 60 x 2.5 / 3.6 + 602 / (254 x (0.35 - 0.08)) = 94.16 m DPV = 60 x 2.5 / 3.6 + 602 / (254 x (0.35 - 0.08)) = 94.16 m

Hipotesis DVP < LCV Hipotesis DVP < LCV K = DVP2 / 425 = 94.162 / 425 = 20.86 K = DVP2 / 425 = 94.162 / 425 = 19.72

LCV = K x | A | = 20.86 x 2 = 41.72 m LCV = K x | A | = 20.86 x 2 = 39.44 mNo se cumple la condición DVP < LCV No se cumple la condición DVP < LCV

Hipotesis DVP > LCV Hipotesis DVP > LCV K = ( 2 x DVP - 425 / | A | ) / | A | = K = ( 2 x DVP - (120 + 3.5 x DVP) / | A | ) / | A | 18.98K = ( 2 x 94.16 - 425 / 2 ) / 2 = -12.09 K = ( 2 x 94.16 - (120 + 3.5 x 94.16) / 2) / 2LCV = K x | A | = 20.86 x 2 = -24.18 m LCV = K x | A | = 20.86 x 2 = 37.97 mNo se cumple la condición DVP > LCV Se cumple la condición DVP > LCV

Como ninguna de las dos condiciones se cumple, esto indica que no se requiere curva vertical, por lo tanto se adopta K minimo para 60 km/h =

13.00Como LCV obtenida es menor que LCV mínima, por lo tanto se adopta LCV mínima para 60 km/h =

50.00 m

LCV = Kmin x | A | = 13 x 2 = 26.00 mComo LCV es menor que LCV mínimo se Adopta LCV =

50.00 m

EJEMPLO No. 1

EJEMPLO No. 2

CURVAS CONVEXAS

EJEMPLO No. 3 EJEMPLO No. 6

CURVAS CONCAVASEJEMPLO No. 4

EJEMPLO No. 5

86




9 DIAGRAMA DE MASAS (REF. 04)

ANALISIS DEL MOVIMIENTO DE TIERRAS

El Diseño en perfil se realiza bajo dos puntos de vista- Alineamiento Horizontal- Movimiento de tierras

Hay tres actividades principales en el movimiento de tierrasExcavación TransporteFormación de terraplenes

FACTOR DE CARGA- En una construcción se cuantifica el volumen de metros cúbicos de excavación, medido en el corte (en banco)- Igualmente se requiere, quien realiza el movimiento de tierras, conocer el volumen de material suelto para determinar la capacidad y número de vehículos de acarreo- Lo anterior se denomina coeficiente de expansión. Se da en porcentaje y permite deducir un factor volumétrico de conversión

Con base en lo anterior se determina la siguiente ecuación:

A = Volumen de corteB = Volumen de acarreo (Volumen suelto)

N = Porcentaje de aumento de Volumen

Fc = A / B = 1 / (1 + N)

Ejemplo: Se tiene una volqueta de 2.5 m3 de capacidad, debe acarrear arcilla como material de excavación, el cual tiene 40% de coeficiente de expansión. Determinar el material en banco que transporta la Volqueta.

Fc = A / B = 1 / (1+N) = 1/(1+0.4) = 0.71A = B . Fc = 2.5 x 0.71 = 1.78 m3 La volqueta acarrea 1.78 m3 de corte (mat, en banco)

Teniendo en cuenta que la arcilla tiene una densidad de 1.75 t/m3 en banco, determinar el peso de la arcilla suelta.

Was = Db x Vb = 1.75 t/m3 x 1.78 m3 = 3.12 t

FACTOR DE REDUCCIÓN DE VOLUMEN

Entre el Volumen de Material en Banco y el Material Compactado por medios mecánicos, en la conformación de un terraplén, se produce una reducción significativa por la diferencia entre la densidad de la condición original y la exigida por la compactación que se estipule.

Para este efecto se pueden realizar diversos ensayos de laboratorio y determinar el factor de reducción de volumen, sin embargo, para efectos prácticos, y de aplicación común en ingeniería, se adopta una reducción del 25%.

Ejemplo: Para conformar 100 m3 de terraplén se requerirá:

100 / (1 - 0.25) = 133 m3 de material de corte en banco.ESTUDIO DE PERFILES

Ver el análisis de la cartera de áreas adjunta, y el gráfico de curva de áreas.

DIAGRAMA DE MASAS

Ideado por el alemán de Brunkner, mediante el cual se determina gráficamente los volúmenes de cualquier abscisa.

PROPIEDADES DEL DIAGRAMA DE MASAS

- La curva crece en los cortes y decrece en los rellenos, y los máximos y mínimos corresponden a cruces aproximados del perfil de terreno con la rasante (ceros longitudinales del perfil)- Una ordenada en cualquier punto, con relación a una abscisa corresponde al volumen acumulado hasta esa abscisa.- La diferencia entre dos ordenadas, con respecto a una horizontal cualquiera, da el volumen de corte o terraplén disponible entre ellas

87




MEDIDA DEL TRANSPORTE

Un factor muy influyente en el movimiento de tierras es la distancia a la que se debe acarrear lasmasas movidas.

Distancia = Area en el diagrama (m3 . m) / Volumen (m3)

Ejemplo: De la gráfica adjunta, entre el K0 al K0+475, L = 475 m, se tiene la siguiente área:

VOLUM EN ACUM . AREA

K0+000 K0+050 -2 000 -50 000K0+050 K0+100 -7 333 -233 333 D = distancia media de transporteK0+100 K0+150 -15 333 -566 667K0+150 K0+200 -22 667 -950 000 D = 7 091 667 / 26 333 =269K0+200 K0+250 -26 333 -1 225 000K0+250 K0+300 -26 083 -1 310 417K0+300 K0+350 -22 583 -1 216 667K0+350 K0+400 -16 333 -972 917K0+400 K0+450 -6 333 -566 667

TOTAL -7 091 667

LÍMITE MÁXIMO DE ACARREO ECONÓMICO

Máxima longitud hasta la cual resulta económico el transporte.

Ce = Costo de excavación de 1 m3 = $600Cs = Costo de Sobre acarreo de 1 m3, por unidad de sobreacarreo ($100/por cada 50 metros)L = Límite de sobreacarreo en unidades de sobreacarreo de 50 metrosd = distancia de acarreo libre

L = Ce / Cs + d = 600 / 100 + d = 6 estaciones de 50 metros + d => L = 6 x 50 + d = 300 + d

Para determinar "d" se hace con base en las siguientes características de equipos:

Bulldozer d = hasta 75 mTraílla d = hasta 300 mMototrailla d = hasta 3 kmCargador y Volqueta d = mas de 3 km

Ejemplo: Se realiza el movimiento de tierras del diagrama adjunto, con un Bulldozer con d = 75 m, y en la cual se ha tomado como línea base compensadora la horizontal mostrada.

1) Se identifican en el diagrama las línea de acarreo libre.2) Se determina el área de los triángulos adyacentes a las zonas de acarreo libre

50 000 233 333 566 667 950 000 1 800 000 50 36 000 3 600 000$

972 917 566 667 20 833 1 560 417 50 31 208 3 120 833$

20 833 445 833 636 667 1 103 333 50 22 067 2 206 667$

186 667 566 667 93 333 846 667 50 16 933 1 693 333$

5 310 417 106 208 10 620 833$

3) Definir las estaciones, con un valor de $100 / estación de sobre acarreo de 50 metros4) Definir las distancia de sobreacarreo:Gráficamente es la horizontal que pasa por la altura media así:a) entre el K0+000 y K0+475, es la horizontal que pasa por: 22 667 / 2 ó (1 800 000 + 1 560 417) / 22 667 = 148b) entre el K0+475 y K0+840, es la horizontal que pasa por: 17 500 / 2 ó ( 1 103 333 + 846 667) / 18 000 = 108

c) distancia total de acarreo = distancia de sobre acarreo + distancia de acarreo libre = 148 + 150 = 298 md) distancia total de acarreo = distancia de sobre acarreo + distancia de acarreo libre = 108 + 150 = 258 m

Areas

ABSCISAS

K0+000 a K0+200K0+350 a K0+475K0+475 a K0+590K0+740 a K0+840

TOTAL

Area del Triángulo

Area (m3xm)

EstaciónVolumen de sobre acarreo

Costo de sobre acarreo

88




FACTOR DE EXPANCIÓN 25%

CORTE (+) RELLENO (-) CORTE (+) RELLENO (-)

K0+000 0 01 500 2 000 -50 000

K0+050 60 -2 0004 000 5 333 -233 333

K0+100 100 -7 3336 000 8 000 -566 667

K0+150 140 -15 3335 500 7 333 -950 000

K0+200 80 -22 6672 750 3 667 -1 225 000

K0+250 0 30 -26 3331 250 750 1 000 -1 310 417

K0+300 50 0 -26 0833 500 -1 216 667

K0+350 90 -22 5836 250 -972 917

K0+400 160 -16 33310 000 -566 667

K0+450 240 -6 33311 000 -41 667

K0+500 200 4 6678 500 445 833

K0+550 140 13 1675 500 795 833

K0+600 80 18 6673 000 1 008 333

K0+650 40 0 21 6671 000 1 000 1 333 1 075 000

K0+700 0 40 21 3334 000 5 333 933 333

K0+750 120 16 0007 000 9 333 566 667

K0+800 160 6 6676 500 8 667 116 667

K0+850 100 -2 0004 000 5 333 -233 333

K0+900 60 -7 3332 500 3 333 -450 000

K0+950 40 -10 6671 000 1 333 -566 667

K1+000 0 -12 000

AREAS DEL DIAGRAMA DE

MASAS (m3 x m)ABSCISA

RELLENO CORREGIDO (-

)

AREAS (m2) CUBICACIÓN (m3) CUBICACIÓN ACUMULADA

(m3)

PERFIL DE LA VÍA Y RASANTE

K0+200 K0+350 K0+590 K0+740

K0+126 K0+424 K0+536 K0+794

1 1601 1801 2001 220

1 2401 2601 2801 3001 3201 3401 3601 380

1 4001 4201 4401 460

K0+

000

K0+

050

K0+

100

K0+

150

K0+

200

K0+

250

K0+

300

K0+

350

K0+

400

K0+

450

K0+

500

K0+

550

K0+

600

K0+

650

K0+

700

K0+

750

K0+

800

K0+

850

K0+

900

K0+

950

K1+

000

ABSCISAS

COTAS

DIAGRAMA DE MASAS

K0+200 K0+350

K0+590 K0+740

K0+126 K0+424

K0+536 K0+794

-30 000

-20 000

-10 000

0

10 000

20 000

30 000

K0+

000

K0+

050

K0+

100

K0+

150

K0+

200

K0+

250

K0+

300

K0+

350

K0+

400

K0+

450

K0+

500

K0+

550

K0+

600

K0+

650

K0+

700

K0+

750

K0+

800

K0+

850

K0+

900

K0+

950

K1+

000

ABSCISAS

VOLUMENES ACUMULADOS (m3)

89




10 PRESUPUESTO Y CRONOGRAMA DE INVERSIONES

A continuación se hace una breve descripción de las grandes partidas de pago e ítems más representativos de la construcción de una vía rural:

De igual manera esto se puede consultar en las especificaciones de construcción del, Instituto nacional de Vías de 1997, y algunas actualizadas de mayo de 2002.

10.1 EXPLANACIÓN

Corresponde a las actividades de movimiento de tierras y se compone de los siguientes ítems:

10.1.1 DESMONTE Y LIMPIEZA – ÌTEM 1.1

Corresponde al retiro del capote (capa vegetal) y raíces entre la zona comprendida entre los chaflanes de la vía. La unidad de medida es en Hectáreas.

10.1.2 CORTES EN MATERIAL COMÚN Y EN ROCA – ÍTEMS 1.2 Y 1.3

Corresponde a la excavación propiamente dicha. El volumen de corte es el resultante de cuantificar por la medición de áreas de corte en las secciones transversales.

2550.35K0+650

DE

CO

RT

EC

HA

FLA

N

RE

LLE

NO

CH

AF

LAN

254

9.8

5

DESCAPOTE

ZONA DE

10.5

1.51MB=3.5 MB=3.5

14.5 m

En el siguiente ejemplo se muestra con el achurado el espesor de capa vegetal y raíces que se debe retirar en el descapote. Es espesor depende de la exploración de suelos, pero para efectos prácticos del proyecto el espesor de desmonte y limpieza es de 0.50 m.

Aunque como este ítem se mide en Hectáreas, el valor del área sería:

14.5 m. de ancho por la longitud a realizar el descapote. Ej : 14.50 x 1 000 / 10 000 = 1.45 Ha

El volumen de corte entre las secciones se calcula como se muestra en el cálculo de la cartera de movimiento de tierras en el capítulo anterior. Ej.

Ac = [ (10.5 + 30.3)/2 + (0+11.10) / 2 ] x [K1+140 – K1+120] = 315 m3

Nótese que el volumen de corte incluye el descapote, El Volumen de descapote seria, medido en las secciones de 15 m3.

Por lo tanto el valor de corte es de 300 m3

Ari=11.2 m2

K1+100

Ard=45.30 m2

Aci=10.5 m2

K1+120

Ard=15.30 m2

Aci=30.3 m2

K1+140

Acd=11.10 m2

90




ITEM UNIDAD CANTIDADPRECIO UNITARIO

COSTO TOTAL

1 EXPLANACIÓN1.1 Desmonte y limpieza ha 11 2 000 000 22 000 0001.2 Cortes en material común m3 32 000 6 500 208 000 0001.3 Cortes en Roca m3 130 000 28 500 3 705 000 0001.4 Terraplenes m3 32 000 6 180 197 760 0001.5 Derrumbes m3 48 000 6 000 288 000 000

Total explanación 4 420 760 000

2 TRANSPORTE2.1 Acarreos materiales préstamo m3 - km 120 000 800 96 000 0002.2 Acarreos materiales sobrante m3 - km 1 300 000 800 1 040 000 000

Total Transporte 1 136 000 000

3 PAVIMENTO3.1 Subbase m3 6 700 42 600 285 420 0003.2 Base m3 5 300 58 600 310 580 0003.3 Imprimación m2 26 600 1 300 34 580 0003.4 Concreto asfáltico (Base + Rodadura) m3 2 700 260 000 702 000 000

Total pavimento 1 332 580 000

4 DRENAJES Y DEFENSAS4.1 Alcantarillas diámetro 0.90 m ml 552 250 000 138 000 0004.2 Alcantarillas Cajón (concreto f'c=3000 PSI) m3 264 360 000 95 040 0004.3 Muros y/o New Jersey (concreto f'c=3000 PSI) m3 50 360 000 18 000 0004.4 Filtros ml 400 60 000 24 000 0004.5 Acero refuerzo grado 60 kg 400 2 000 800 0004.6 Gaviones m3 300 115 000 34 500 0004.6 Cunetas revestidas m3 600 260 000 156 000 000

Total drenajes y defensas 466 340 000

5 PUENTESQ____ xxxxx ml 20 20 000 000 400 000 000Q____ xxxxx ml 50 20 000 000 1 000 000 000Q____ xxxxx ml 80 20 000 000 1 600 000 000Total puentes: 3 000 000 000

6 OBRAS VARIAS6.1 Cercas ml 3 500 20 000 70 000 0006.2 Señales verticales u 30 150 000 4 500 0006.3 Líneas de demarcación ml 14 000 4 500 63 000 0006.4 Tachas reflectivas u 1 000 11 500 11 500 0006.5 Postes kilometrajes u 3 40 000 120 000

Total obras varias 149 120 000

7 PREDIOS Y MANEJO AMBIENTAL7.1 Predios m2 10 000 50 000 50 0007.2 Manejo Ambiental (apx. 7% del proyecto) Global 735 339 500 735 339 500

Total predios y manejo ambiental 735 389 5008 INTERVENTORÍA

Interventoría (apx. 10% del proyecto) Global 1 124 018 950 1 124 018 950Total Interventoría 1 124 018 950

TOTAL CONSTRUCCIÓN DEL PROYECTO: 12 364 208 450

Longitud de Proyecto : (km) 1.8Costo total por km : $millones / km 7 065Costo en dolares / km : U$/km 2 355 087

91




11 BILIBIOGRAFÍA

• [Ref - 01] Manual de Diseño Geométrico para carreteras, Ministerio de Transporte e Instituto Nacional de Vías, 1997.

• [Ref - 02] Ingeniería de Tránsito, fundamentos y aplicaciones, Rafael Cal y Mayor R, James Cardenas, 7ª Edición

• [Ref - 03] A Policy Geometric Design Highways and Streets – AASHTO, 2004

• [Ref - 04] Diseño de carreteras, técnicas y análisis de proyectos, Paulo Emilio Bravo, sexta edición.

• [Ref - 05] Manual de Capacidad para Carreteras, Versión Española del Highways Capacity Manual, 1994.

• [Ref - 06] Manual de Capacidad para carreteras rurales de dos carriles, MOPT-UNICAUCA, 1996

• Ref - 07] Diseño Geométrico de Vías, Pedro Antonio Chocontá, 2ª Edición

• [Ref - 08] Manuales de Eagle Point, y de Cilvil Design – Autodesk - ver 2003

• [Ref - 09] Apuntes del Dr. James Cárdenas Grisales – Especialización en Infraestructura Vial – Curso de Ingeniería de Tránsito, Escuela Colombiana de Ingeniería

47107519 apuntes de clase actualizado 2010

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