trabajod e vias

Primera entrega proyecto de aula 2014-2

PRIMERA ENTREGA PROYECTO DE AULA

Integrantes

Eliana María Restrepo

Laura Cristina Soto

Grupo: 71

Profesor: Johnny Alexander Vega GutiérrezAsignatura: Practica de diseño de vías

Medellín

2014-2

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TABLA DE CONTENIDOS

1. INTRODUCCIÓN

2. OBJETIVOS

3. MARCO TEÓRICO

4. DESARROLLO DEL DISEÑO

4.1.CLASIFICACIÓN DE LAS CARRETERAS

4.1.1. Según su funcionalidad

4.1.1.1. Primarias

4.1.1.2. Secundarias

4.1.1.3. Terciarias

4.1.2. Según el tipo de terreno

4.1.2.1. Terreno plano

4.1.2.2. Terreno ondulado

4.1.2.3. Terreno montañoso

4.1.2.4. Terreno escarpado

4.2.Criterios generales para establecer la consistencia de la velocidad a lo

largo del trazado de la carretera

5. DISEÑO EN PLANTA DEL EJE DE LA CARRETERA

5.1.Curvas horizontales

5.1.1. Empalme circular simple

5.1.2. Relación entre la Velocidad Específica de la curva horizontal (VCH),

el Radio de curvatura (RC) y el Peralte (e)

5.1.2.1. Ecuación de equilibrio

5.2.Para carreteras Primarias y Secundarias

5.2.1.1. Fricción transversal máxima (fTmáx)

5.2.1.2. Radio de curvatura mínimo (RCmín)

5.2.1.3. Valor del Peralte (e) en función de la Velocidad Específica de

la curva horizontal (VCH) y el Radio de curvatura adoptado (RC)

6. Bibliografía.

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1. INTRODUCCIÓN

El desarrollo social se ha visto fuertemente influenciado en nuestra región, por los

proyectos constructivos, los cuales pretenden generar cambios en pro del

bienestar y el progreso de sus habitantes, brindándoles facilidad, comodidad y

seguridad. Si se analiza detalladamente el impacto, en la mejoría de la

infraestructura vial, al integrar a las poblaciones mas vulnerables, al brindarles

más alternativas, desde la educación para los niños hasta las actividades

comerciales del sector. Esto busca el desarrollo, que no consista solo en la

construcción de una vía sino que también evalué factores ambientales,

económicos, impacto social, entre otros. Para lograr este objetivo se debe evaluar

la situación de la comunidad sin el proyecto y con el proyecto sacando una

relación costo beneficio que permita reflejar la mejoría que se va tener como

mínimo en un periodo de 20 años de vida útil.

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2. OBJETIVOS

Con este proyecto se busca mejorar aspectos como:

La movilidad en el transporte, de usuarios y carga, desde la ciudad de

Medellín y el departamento de Antioquia con el eje cafetero y el sur

occidente del país, además de tener acceso al puerto de Buenaventura

Ahorrar más del 25% de tiempo en el transporte desde Medellín-La Pintada

con respecto a la situación actual.

Se beneficiaran de los sectores: Agrícolas, la ganadería, las industrias

productoras de cerámica, manualidades, maderera, panela, dulcería y la

industria hotelera, así como el comercio.

La seguridad vial, por medio de la señalización de acuerdo con normas

internacionales, para disminuir la accidentalidad.

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3. DESARROLLO DEL DISEÑO

Para el diseño geométrico de una carretera es necesario seguir los requisitos del

Manual de diseño geométrico de Carreteras, que es la norma para la construcción

de vías en Colombia, pero además el buen criterio de la persona que diseña. Por

eso hace mención en el marco teórico, del Manual de INVIAS.

3.1. CLASIFICACIÓN DE LAS CARRETERAS

Para los efectos del presente Manual las carreteras se clasifican según su

Funcionalidad y el tipo de terreno.

3.1.1. Según su funcionalidad

Determinada según la necesidad operacional de la carretera o de los intereses de

la nación en sus diferentes niveles:

3.1.1.1. Primarias

Son aquellas troncales, transversales y accesos a capitales de Departamento que

cumplen la función básica de integración de las principales zonas de producción y

consumo del país y de éste con los demás países.

Este tipo de carreteras pueden ser de calzadas divididas según las exigencias

particulares del proyecto.

Las carreteras consideradas como Primarias deben funcionar pavimentadas.

Una de las principales motivaciones de este proyecto es de dar mayor capacidad

comercial al optimizar procesos en tiempo a los transportadores, y tratar de mitigar

objetivamente una de las falencias que se presenta hoy en día, y es el atraso vial

del país.

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3.1.2. Según el tipo de terreno

Determinada por la topografía predominante en el tramo en estudio, es decir que a

lo largo del proyecto pueden presentarse tramos homogéneos en diferentes tipos

de terreno.

3.1.2.1. Terreno plano

Tiene pendientes transversales al eje de la vía menores de cinco grados (5°).

Sus pendientes longitudinales son normalmente menores de tres por ciento (3%).

3.1.2.2. Terreno ondulado

Tiene pendientes transversales al eje de la vía entre seis y trece grados (6° - 13°).

Sus pendientes longitudinales se encuentran entre tres y seis por ciento (3% -

6%).

3.1.2.3. Terreno montañoso

Tiene pendientes transversales al eje de la vía entre trece y cuarenta grados (13° -

40°). Sus pendientes longitudinales predominantes se encuentran entre seis y

ocho por ciento (6% - 8%).

3.1.2.4. Terreno escarpado

Tiene pendientes transversales al eje de la vía generalmente superiores a

cuarenta grados (40°). Generalmente sus pendientes longitudinales son superiores

a ocho por ciento (8%).

En la primera fase del proyecto, se adquirieron dos topografías del sector donde

se va desarrollar el proyecto. Se determina que es un terreno montañoso, ya que

predominan las pendientes transversales (con unos valores de 36.8%, 20.1%,

47.8%, 42.5%, 52.2%,42.2%), mientras que las pendientes longitudinales toman

valores de: 3.4%, 6.5%, 3.5%, 10.3%, 5.1%, en el análisis de cortes y llenos.

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Para determinar aproximadamente por donde se debía realizar el trazado se hace

la línea de ceros, esta busca precisamente que el trazado vaya en concordancia

con las pendientes del terreno. Se procedió con circunferencias de radio 28,57m,

para pendientes del 7%, y así vencer el desnivel de 2m que presentaba la

topografía, además en los lugares donde la topografía nos arrojó pendiente

transversal más baja, se amplía el radio, ya que esto compensa que allí no

requerirían grandes excavaciones, se obtuvieron las siguiente proyecciones que

muestran precisamente como se trata de seguir la pendiente de la topografía, y

como la línea de ceros bordea el terreno arrojándonos una ruta óptima.

Estas proyecciones se obtuvieron de la cartografía de menos precisión, en la cartografía de mayor precisión se presentaron curvas más cerradas en el trazado, lo que requirió redefinir una estrategia, ampliando los radios y siguiendo el lado de la topografía que indicaba mayor amplitud en la distancia en planta entre cota y cota.

Figura 1: pendiente de mayor longitud, transversal

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Figura 2: Curvas cerradas, cambio de radio línea de ceros

Figura 3: Indicación de lo que ocurre con la línea de ceros en el terreno

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Tabla 1: Línea de ceros detallada

Puntos Radio CotaPendiente (%)

P1 P2 28,57 726,641 7P2 P3 28,57 724 7P3 P4 28,57 722 7P4 P5 28,57 720 7P5 P6 28,57 718 7P6 P7 28,57 716 7P7 P8 28,57 714 7P8 P9 89,907 712 2P9 P10 28,57 710 7P10 P11 28,57 708 7P11 P12 28,57 706 7P12 P13 28,57 704 7P13 P14 28,57 702 7P14 P15 28,57 700 7P15 P16 28,57 698 7P16 P17 28,57 696 7P17 P18 28,57 694 7P18 P19 87,129 696 2P19 P20 87,129 698 2P20 P21 28,57 700 7P21 P22 46,881 702 4P22 P23 28,57 704 7P23 P24 28,57 706 7P24 P25 28,57 708 7P25 P26 28,57 710 7P26 P27 65,478 712 3P27 P28 28,57 710 7P28 P29 28,57 708 7P29 P30 28,57 706 7

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Figura 4: proyección Norte- Este

Figura 5: vista superior de la proyección Norte-Este

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Inicio de la vía

En el inicio del proyecto las pendientes

oscilaban en un 40%


Figura 6: Proyección Sur-Este

3.2. Criterios generales para establecer la consistencia de la velocidad

a lo largo del trazado de la carretera

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.

El diseñador, para garantizar la consistencia en la velocidad, debe identificar a lo

largo del corredor de ruta tramos homogéneos a los que por las condiciones

topográficas se les pueda asignar una misma velocidad. Esta velocidad,

denominada Velocidad de Diseño del tramo homogéneo (VTR), es la base para la

definición de las características de los elementos geométricos incluidos en dicho

tramo.

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Tabla 2: Valores de velocidad de diseño de tramos homogéneos en función de la categoría de la carretera.1

Según se indica en la norma se clasifica el tipo de terreno según la topografía de

la zona, evaluando la pendiente longitudinal y transversal se clasifica como un

terreno montañoso ya que las pendientes transversales están entre 13° y 40°, las

pendientes longitudinales predominantes están entre 6° y 8°, con esto se define

una velocidad de diseño (VTR ) de 60km/h.

Para el trazado de la línea de ceros fue necesario evaluar la diferencia entre cotas

y la pendiente máxima. Se pudo observar que no todas las curvas de nivel tenían

el mismo intervalo por lo que el radio para el trazado varía según se requiere

dentro del proyecto. La línea de ceros se hace con el objetivo de disminuir el

movimiento de tierras por lo que siempre se busca que los cortes se equilibren con

los llenos y así disminuir el costo del proyecto.

Adicionalmente se considera una velocidad de diseño de 60km/h, esta decisión es

tomada en base a la norma anteriormente indicada en la tabla 2 valores de

1 Tabla 2.1 del Manual de diseño geométrico de vías.

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velocidad de diseño de los tramos homogéneos en función de la categoría de la

carretera y el tipo de terreno.

Cuando se realiza el alineamiento en base a la línea de ceros se obtienen varias

curvas seguidas entre la abscisa 0+420 y 0+740 por lo que se prefiere realizar una

sola curva, como resultado de esto se generan más cortes y más terraplenes pero

se está creando comodidad y seguridad para el usuario final, sin aumentar de

forma significativa el costo del proyecto.

4. DISEÑO EN PLANTA DEL EJE DE LA CARRETERA

4.1. Curvas horizontales

4.1.1. Empalme circular simple

Los empalmes curvas circulares presentan 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.

PI: Punto de cruce de dos tangentes que forman el empalme.

PC: Punto de inicio del empalme.

PT: Punto final del empalme.

Δ: Ángulo de deflexión en el PI, en grados o radianes.

R: Radio del arco circular, en metros.

LC: Longitud del arco circular, en metros.

T: Tangente del empalme, en metros.

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Figura 7: Elementos de empalme circular simple.

4.1.2. Relación entre la Velocidad Específica de la curva horizontal (VCH), el

Radio de curvatura (RC) y el Peralte (e)

Cuando un vehículo circula por una curva horizontal a una velocidad dada, el

diseño de la vía en dicha curva debe garantizar al conductor un recorrido seguro y

confortable. Para lograr este objetivo es necesario recurrir a las leyes de la física

mediante la ecuación de equilibrio que a continuación se expone.

4.1.2.1. Ecuación de equilibrio

Esta ecuación permite definir la relación entre el radio (RC) de la curva horizontal,

la Velocidad Específica (VCH), el peralte (e) y la fricción transversal (fT), con la cual

se tiene el equilibrio de las fuerzas que participan en la circulación del vehículo en

la curva evitando el deslizamiento hacia la parte externa de la curva. La ecuación

de la curva es la siguiente:

(1)

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4.2. Para carreteras Primarias y Secundarias

Para estos tipos de vías establece como peralte máximo ocho por ciento (8%), el

cual permite no incomodar a vehículos que viajan a velocidades menores,

especialmente a los vehículos con centro de gravedad muy alto y a los vehículos

articulados (tracto – camión con remolque) los cuales pueden tener un potencial

de volcamiento de su carga al circular por curvas con peraltes muy altos.

4.2.1.1. Fricción transversal máxima (fTmáx)

Está determinada por numerosos factores, entre los cuales: el estado de la

superficie de rodadura, la velocidad del vehículo y el tipo y condiciones de las

llantas de los vehículos. Se adoptan los valores del coeficiente de fricción

transversal máxima indicados por los estudios recientes de la AASHTO, los cuales

se indican en la Tabla 3.

Tabla 3: Coeficientes de fricción transversal máxima.2

4.2.1.2. Radio de curvatura mínimo (RCmín)

El radio mínimo (RCmín) es el valor límite de curvatura para una Velocidad

Específica (VCH) de acuerdo con el peralte máximo (emáx) y el coeficiente de

fricción transversal máxima (fTmáx). El Radio mínimo de curvatura solo debe ser

usado en situaciones extremas, donde sea imposible la aplicación de radios

2 Tabla 3.1del manual de diseño geométrico de vías

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mayores. El radio mínimo se calcula de acuerdo al criterio de seguridad ante el

deslizamiento mediante la aplicación de la ecuación de equilibrio:

(2)Tabla 4: Radios mínimos para peralte máximo emax = 8% y fricción máxima.3

4.2.1.3. Valor del Peralte (e) en función de la Velocidad Específica de la

curva horizontal (VCH) y el Radio de curvatura adoptado (RC)

Una vez asignada la Velocidad Específica (VCH) a cada curva horizontal y con el

Radio de curvatura elegido (RC), 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 (RC) permita

que los vehículos puedan circular con plena seguridad a la Velocidad Específica

(VCH).

Como la norma no contempla velocidades menores a 40km/h se considera la

siguiente tabla tomada de A policy on geometric design of highways and streets

3 Tabla3.2 del manual de diseño geométrico de vías

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Tabla 5: Radio mínimo para velocidades de diseño y emax = 8%.4

Para el cálculo de la velocidad máxima de Diseño en las curvas se basa en un

radio de 210m y una velocidad de 60km/h, por lo que el peralte será de 6.6% y se

empieza a estimar diferentes velocidades, mostradas en la tabla 6: cálculo de

velocidad Máxima, para que la curva sea segura y le genere comodidad al usuario

final, mejorando las condiciones hasta 20km/h de la velocidad de diseño.

4 Table3-10 a. minimum Radii for design Superelevation Rates, design speeds and emax = 8%, A policy on geometric design of highways and streets

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Tabla 6: Cálculo de velocidad máxima

v v^2/127*r e f e+f60 0.135 0.0666 0.17 0.236665 0.158 0.0666 0.16 0.226667 0.168 0.0666 0.165 0.231670 0.184 0.0666 0.15 0.216675 0.211 0.0666 0.145 0.211680 0.240 0.0666 0.14 0.2066

También es necesario calcular la longitud máxima de la espiral y de la curva que

se calculan como se muestra a continuación:

¿≥V CH

46.656J [V CH2RC−127eC ] (3)

Lc≥0.556V CH (4)

Obteniendo como resultado un Le=46m y Lc=41.7m

Estos cálculos se deben hacer buscando siempre la estabilidad de los vehículos

en pavimento húmedo, y sin importar la masa del vehículo. En la elaboración en

Auto CAD se facilitan mucho estos procedimientos pero esto no quiere decir que el

criterio del ingeniero sea el más importante.

Adicionalmente se muestra en las tablas: la información de referencia en cuanto a

ángulos, coordenadas, radios y demás información necesaria para la correcta

caracterización del alineamiento.

En el trazado del alineamiento se obtuvieron dos curvas espiralizadas, se buscó

que fueran radios amplios a pesar de la topografía del terreno, para garantizar un

alto nivel de servicio al usuario. Además se mantuvo cierta linealidad en el trazo

indicado por la línea de ceros. Se requirió reevaluar el PI de la curva 2, ya que no

era posible desarrollarse la transición del peralte en el tramo recto que procedía a

la curva. Se debe considerar para la fase II del proyecto, un puente. Finalmente se

obtuvo la siguiente preliminar:

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5. BIBLIOGRAFÍA

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