2.introduccion dis geo y seleccion ruta
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Diseño de Vias. UPTCTRANSCRIPT
EDGAR A. CALDERÓN M. INGENIERO EN TRANSPORTES Y VIAS
ESP. EN INFRAESTRUCTURA VIAL
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA
DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS
LAS CARRETERAS
Una carretera es una infraestructura de transporte acondicionada en una faja de
terreno (derecho de vía), que permite la circulación de vehículos de manera
continua en el espacio y en el tiempo, con niveles adecuados de seguridad y
comodidad.
En el diseño geométrico se establece la configuración tridimensional , con el
propósito de que la vía sea funcional , segura, cómoda , estética, económica y
compatible con el medio ambiente.
La premisa básica de la geometría de la vía es ser segura a través de un diseño
simple y uniforme.
Principio de curva Principio de Tangente
Ángulo de deflexión Entretangencia Curva horizontal
Elementos principales del diseño en planta
Otros elementos importantes en curvas circulares: · Radio de la curva · Grado · Cuerda · Longitud de curva circular · Tangente
En curvas espirales además es necesario conocer: · Longitud de la espiral · Angulo de la espiral · Angulo de la curva central · Punto de intersección entre la curva espiral y la curva circular central entre otros.
Elementos principales del diseño en planta
Punto de Inflexión PTV
Curva vertical
PCV
Entre tangencia
Elementos principales del diseño en perfil
Explanación
Elementos principales Sección transversal
Fuente: Manual de diseño geométrico para carretera, Instituto Nacional de vías, Figura 3.5.1 SECCION TRANSVERSAL TIPICA
· Proyectos de construcción
· Proyectos de mejoramiento
· Proyectos de rehabilitación
· Proyectos de mantenimiento rutinario
· Proyectos de mantenimiento periódico
www.invias.gov.co
Clase de proyectos
Tipo de Proyecto
Proyectos de
construcción
Actividades
· desmonte y limpieza,
· explanación,
· obras de drenaje (alcantarillas, Pontones, etc.),
· afirmado, subbase, base y capa de rodadura,
· tratamientos superficiales o riegos,
· señalización vertical,
· demarcación lineal,
· puentes,
· túneles.
Actividades de un proyecto
Fuente: Manual de diseño geométrico para carretera, Instituto Nacional de vías
· ampliación de calzada, · construcción de nuevos carriles, · rectificación (alineamiento horizontal y
vertical), · construcción de obras de drenaje y sub-
drenaje, · construcción de estructura del pavimento, · estabilización de afirmados, · tratamientos superficiales o riegos, · señalización vertical, demarcación lineal, · construcción de afirmado.
· construcción de obras de drenaje,
· recuperación de afirmado o capa de rodadura,
· reconstrucción de subbase y/o base y/o capa de rodadura,
· obras de estabilización,
Proyectos de
mejoramiento
Proyectos de
rehabilitación
Actividades de un proyecto
Fuente: Manual de diseño geométrico para carretera, Instituto Nacional de vías
· remoción de derrumbes,
· rocería,
· limpieza de obras de drenaje,
· reconstrucción de cunetas,
· reconstrucción de zangas de coronación
· reparación de baches en afirmado y/o parcheo en pavimento,
· perfilado y compactación de la superficie,
· riegos de vigorización de la capa de rodadura,
· limpieza y reparación de señales.
Proyectos de
mantenimiento
rutinario
Actividades de un proyecto
Fuente: Manual de diseño geométrico para carretera, Instituto Nacional de vías
Proyectos de
mantenimiento
periódico
· reconformación y recuperación de la banca,
· limpieza mecánica y reconstrucción de
cunetas, · escarificación del material de afirmado
existente, · extensión y compactación de material para
recuperación de los espesores de afirmados
iniciales,
· reposición de pavimento en algunos
sectores, · reconstrucción de obras de drenaje,
· construcción de obras de protección y drenaje menores,
· demarcación lineal,
· señalización vertical.
Actividades de un proyecto
Fuente: Manual de diseño geométrico para carretera, Instituto Nacional de vías
Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carretera, INVIAS, 1998
Terreno
Inclinación máxima
media de las líneas
de máxima pendiente
(%)
Movimiento de tierras
Plano (P)
Ondulado (O)
Montañoso (M)
Escarposo (E)
0-5
5-25
25-75
75
Mínimo movimiento de tierra por lo que no presenta dificultad
ni en el trazado ni en la explanación de una carretera.
Moderado movimiento de tierras, que permite alineamientos
más o menos rectos, sin mayores dificultades en el trazado y
explanación de una carretera.
Las pendientes longitudinales y transversales son fuertes
aunque no las máximas que se puedan presentar en una
Dirección considerada; hay dificultades en el trazado y
explanación de una carretera.
Máximo movimiento de tierras, con muchas dificultades para
el trazado y la explanación, pues los alineamientos están
prácticamente definidos por divisorias de aguas en el
recorrido en una vía.
Clasificación de las carreteras
Clasificación de las carreteras
Densidad
Poblacional Función
Características
Rurales,
suburbanas
x
Primer orden
Segundo orden
Tercer orden
Competencia
nacionales
departamentales
municipales
nacionales
departamentales
municipales
nacionales
departamentales
municipales
veredales
autopista multicarril Dos
carriles
x x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Topografía
Plano,
Montañoso,
Ondulado y
escarpado
Clasificación de las carreteras
Urbanas
x arteria
principal
municipales
x
x
x
x
x arteria
secundaria
colectoras
locales
marginales
paisajísticas
semipeatonales
peatonales
ciclovias
x
Densidad
Poblacional Función
Características
Competencia autopista multicarril
Dos
carriles Topografía
Plano,
Montañoso,
Ondulado y
escarpado
Es el principal indicador para
medir la calidad de operación
de un sistema de transporte.
V = S /T
Velocidad
Velocidad medida en un punto específico de la vía.
Se mide en:
Velocidad de punto:
centro de las curvas
punto medio de
la tangente
Tipo de velocidad
Velocidad media temporal:
Media aritmética de las velocidades puntuales:
Vt = S Vi
N
Velocidad de recorrido:
Distancia recorrida en el tiempo real de viaje excluyendo paradas voluntarias Velocidad en marcha:
Distancia recorrida en el tiempo en el que el vehículo estuvo realmente en movimiento
Velocidad de diseño:
Diseño geométrico
Tipo de velocidad
Tabla 1.2 Velocidad de diseño según tipo de carretera y terreno
Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carretera, INVIAS, 1998
Tipo de carretera Tipo de terreno
Carretera principal
de dos calzadas
Velocidad de diseño (km/h) 60 70 80 100 120
50 55 70 85 90 Velocidad media mínima del tránsito liviano (km/h)
Tabla 3.4.3 Criterio para el establecimiento de un carril de ascenso en carreteras
Carretera principal
de una calzada
Carretera secundaria
Velocidad de diseño Vd (km/h)
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Plano Ondulado
Montañoso
Escarpado
Plano Ondulado
Montañoso
Escarpado Plano
Ondulado
Montañoso
Escarpado
Plano Ondulado
Montañoso
Escarpado
Carretera
terciaria
Tipo de velocidad
Tipo de velocidad
Tabla 3.4.1 Relación entre pendiente máxima (%) y velocidad de diseño
Tipo de carretera Tipo de terreno Velocidad de diseño Vd (km/h)
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
4 3 3 3
5 5 4 4 4
6 6 5 5 5
7 6 6 6
- - - - -
- - - - -
- - - - -
- - - - -
-
-
4 3 - -
5 5 4 - -
7 6 - - -
7 - - -
- - - 6 6
- - - - 5
- - - 8 7
- - - 8 8
4
-
- - - -
8 - - - -
- - - - -
- - - -
- 11 10 10 9
- - 7 7 7
- 12 11 11 10
15 14 13 12 -
6
-
- - - -
- - - - -
- - - - -
- - - -
11 11 10 10 -
- 7 7 7 -
14 13 13 - -
16 15 14 - -
-
-
Carretera principal
de dos calzadas
Carretera principal
de una calzada
Carretera secundaria
Plano Ondulado
Montañoso
Escarpado
Plano Ondulado
Montañoso
Escarpado Plano
Ondulado
Montañoso
Escarpado
Plano Ondulado
Montañoso
Escarpado
Carretera
terciaria
En muchos proyectos, de acuerdo con el tipo del mismo y el estado de la
vía, dos o más etapas pueden ocurrir simultáneamente:
Mantenimiento rutinario
Mantenimiento periódico
Evaluación ex - post
Construcción
Mejoramiento
Rehabilitación
Diseño definitivo
Factibilidad
Pre- Factibilidad
Perfil del proyecto
Idea
Etapa de Preinversión Etapa de Inversión
Etapa Operacional
Proyectos
postergados Proyectos
abandonados
Planeación de un proyecto
Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carretera, INVIAS, 1998
· El estudio de prefactibilidad:
FASE I selección de la ruta – Antepreliminar
· Estudio de planos existentes
· Reconocimiento de la región
Puntos de control primario
· Técnicos, económicos, sociales, políticos
Puntos de control secundario
· Topografía, geología, suelos, drenaje, impacto ambiental
· Localización de la poligonal en mapas o fotos
· Análisis y evaluación de rutas
· Escogencia de una entre varias 1
PRESICIÓN ESPERADA: 55 – 60%
Etapa de pre inversión
El plano muestra un corredor vial con información técnica
Fase 1: prefactibilidad
El plano muestra un corredor vial con información de ubicación de viviendas resaltadas en tono rosado
Fase 1: puntos de control Uso del suelo
El plano muestra un corredor vial con información geológica en amarillo y algunas corrientes de agua en cian
Fase 1: puntos de control Geológica e hidrotecnia
El plano muestra un corredor vial con todos los puntos de control primarios y secundario.
La línea de pendiente debe ser trazada teniendo en cuenta estos puntos
Fase 1: puntos de control
· Localización de la poligonal de estudio
· Toma de topografía
Planteo
Perfil Rasante tentativa
Volumen estimado
Rasgos físicos y químicos Clasificación
Estratigrafía
Hidrología
· El estudio de factibilidad:
FASE II Topografía definitiva
Coordenadas
Zonas inestables
· Geología y geotecnia
Etapa de pre inversión
· El estudio de factibilidad:
FASE II Topografía definitiva
PRESICIÓN ESPERADA: 65 – 70%
Cuadros de cantidades de obra Costos por km de zona homogénea Carteras de campo
Carteras de oficina
Planta - perfil
· El estudio de factibilidad:
FASE II Topografía definitiva
Etapa de pre inversión
inversión · Diseño definitivo:
FASE III
· Construcción, mejoramiento, rehabilitación
Etapa de
· Diseño definitivo:
FASE III
· Diseño del eje
· Cálculos definitivos
Movimiento de tierra
Carteras de localización
Obras especiales
Planos
PRESICIÓN ESPERADA: 75 – 80%
· Construcción
· Interventoría
· Entrega de obras
inversión Etapa de
operación · Mantenimiento rutinario
· Mantenimiento periódico
· Evaluación ex-post
Etapa de
FASE I
PRESICIÓN (55 – 60%)
FASE II
PRESICIÓN (65 – 70%)
FASE III
PRESICIÓN (75 – 80%)
En muchos proyectos, de acuerdo con el tipo de mismo y el estado
de la vía, dos o más etapas pueden ocurrir simultáneamente:
Planeación de un proyecto
Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carretera, INVIAS, 1998
Mantenimiento rutinario
Mantenimiento periódico
Evaluación ex - post
Construcción
Mejoramiento
Rehabilitación
Diseño definitivo
Factibilidad
Pre- Factibilidad
Perfil del proyecto
Idea
Etapa de Preinversión Etapa de Inversión
Etapa Operacional
Proyectos
postergados Proyectos
abandonados
Línea de pendiente
Es una línea que se desarrolla en la región de interés tomando en cuenta los
puntos de control primarios y secundarios.
Se adapta a la topografía del terreno y a las especificaciones de pendiente
máxima exigidas para la carretera, garantizando el mínimo movimiento de
tierra.
El ideal en esta etapa (FASE I) es tratar de mantener constante la pendiente en
tramos largos. Lógicamente para lograr llegar de A a B se necesitará tener
varios tramos con varias pendientes
Es la diferencia de cotas entre curvas de nivel sucesivas.
Pueden estar cada 0.5 m, 1.0 m, 2.0 m,……50.0 m, etc, dependiendo de la escala
del plano en que se esté haciendo el estudio.
Habitualmente se usan planos con escala 1:100.000 a 1:200.000 y fotografías
aéreas a escala 1:50.000, 1:25.000 ó 1:10.000
y
Línea de pendiente
Es la distancia horizontal que se debe recorrer para
subir o bajar con una pendiente m.
Ejemplo:
Si la pendiente m de la vía es 6% y las curvas de nivel están
cada 2.0 m ( ), que distancia horizontal se debe
recorrer entre curvas de nivel para garantizar una pendiente
constante?
Continua …
x
Línea de pendiente
y
xy
Línea de pendiente
Respuesta: Horizontalmente se deben recorrer 33.33 m
33.33x0.2y
Visualización Visualización lattice 2D
1000
1002
1004
1006
1008
1010
Pendiente Máxima
Tabla 3.4.1 Relación entre pendiente máxima (%) y velocidad de diseño
Tipo de carretera Tipo de terreno Velocidad de diseño Vd (km/h)
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
4 3 3 3
5 5 4 4 4
6 6 5 5 5
7 6 6 6
- - - - -
- - - - -
- - - - -
- - - - -
-
-
4 3 - -
5 5 4 - -
7 6 - - -
7 - - -
- - - 6 6
- - - - 5
- - - 8 7
- - - 8 8
4
-
- - - -
8 - - - -
- - - - -
- - - -
- 11 10 10 9
- - 7 7 7
- 12 11 11 10
15 14 13 12 -
6
-
- - - -
- - - - -
- - - - -
- - - -
11 11 10 10 -
- 7 7 7 -
14 13 13 - -
16 15 14 - -
-
-
Carretera principal
de dos calzadas
Carretera principal
de una calzada
Carretera secundaria
Plano Ondulado
Montañoso
Escarpado
Plano Ondulado
Montañoso
Escarpado Plano
Ondulado
Montañoso
Escarpado
Plano Ondulado
Montañoso
Escarpado
Carretera
terciaria
Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carretera, INVIAS, 1998
Línea de pendiente ó línea de ceros
Ruta 1
Línea de pendiente ó línea de ceros
Ruta 2
Línea de pendiente ó línea de ceros
Ruta 3
Método de Bruce
Xo = Longitud Resistente (m)
X = Longitud total del trazado
= Desnivel o suma de desniveles
k = Inverso del coeficiente de tracción
y
Tipo de superficie K
Afirmado
Tratamiento superficial
Carpeta asfáltica
Pavimento en concreto
21
32
35
44
Evaluación de trazado de rutas
Evaluación de trazado de rutas
Estudio de Ruta
1105
1110
1115
1120
1125
1130
1135
1140
1145
1150
0
10
0
20
0
30
0
40
0
50
0
60
0
70
0
80
0
90
0
10
00
11
00
12
00
13
00
14
00
Ruta 1 Serie2 Serie3
Rutas Abscisa
Ruta 1
K0 + 000
Puntos X Cotas
A 0 1110
1130
1126
1121
1125
1110
1130
1140
1135
1125
1110
1130
1140
1145
1125
300
520
830
1112
0
380
600
900
1200
0
380
600
800
1300
K0 + 300
K0 + 520
K0 + 830
K1 + 112
K0 + 000
K0 + 380
K0 + 600
K0 + 900
K1 + 200
K0 + 000
K0 + 300
K0 + 520
K0 + 830
K1 + 300
a
B
c
D
A
d
e
f
D
A
g
h
i
D
Ruta 2
Ruta 3
Evaluación de trazado de rutas
Estudio de Ruta
1105
1110
1115
1120
1125
1130
1135
1140
1145
1150
0
10
0
20
0
30
0
40
0
50
0
60
0
70
0
80
0
90
0
10
00
11
00
12
00
13
00
14
00
Ruta 1 Serie2 Serie3
Tipo de superficie K
Afirmado
Tratamiento superficial
Carpeta asfáltica
Pavimento en concreto
21
32
35
44
Rutas Abscisa
Ruta 1
K0 + 000
Puntos X Cotas
A 0 1110
1130
1126
1121
1125
1110
1130
1140
1135
1125
1110
1130
1140
1145
1125
300
520
830
1112
0
380
600
900
1200
0
380
600
800
1300
K0 + 300
K0 + 520
K0 + 830
K1 + 112
K0 + 000
K0 + 380
K0 + 600
K0 + 900
K1 + 200
K0 + 000
K0 + 300
K0 + 520
K0 + 830
K1 + 300
a
B
c
B
A
d e
f
B
A
g
h
i
B
Ruta 2
Ruta 3
Y
20.00
-4.00
-5.00
4.00
20.00
10.00
-5.00
-10.00
20.00
10.00
5.00
-20.00
Pendiente
6.67
-1.82
-1.61
1.42
5.26
4.55
-1.67
-3.33
5.26
4.55
2.50
-4.00
Contrapendientes
Ida Regreso
20.00
4.00
20.00
10.00
20.00
10.00
5.00
35.00
24.00
30.00
2168.00
2520.00
2840.00 20.00 2180
15.00 1860
4.00
5.00
9.00 1508
5.00
10.00
20.00