TRAZO DE UNA CARRETERA Y ELECCIÓN DE UNA MEJOR RUTA INTRODUCCION
El diseño geométrico es la parte más importante del proyecto de una carretera, estableciendo, con base en los condicionantes o factores existentes, la configuración geométrica definitiva del conjunto tridimensional que supone, para satisfacer al máximo los objetivos fundamentales, es decir, la funcionalidad, la seguridad, la comodidad, la integración en su entorno, la armonía o estética, la economía y la elasticidad. La funcionalidad vendrá determinada por el tipo de vía a proyectar y sus características, así como por el volumen y propiedades del tránsito, permitiendo una adecuada movilidad por el territorio a los usuarios y mercancías a través de una suficiente velocidad de operación del conjunto de la circulación. La seguridad vial debe ser la premisa básica en cualquier diseño vial, inspirando todas las fases del mismo, hasta las mínimas facetas, reflejada principalmente en la simplicidad y uniformidad de los diseños. La comodidad de los usuarios de los vehículos debe incrementarse en consonancia con la mejora general de la calidad de vida, disminuyendo las aceleraciones y, especialmente, sus variaciones que reducen la comodidad de los ocupantes de los vehículos. Todo ello ajustando las curvaturas de la geometría y sus transiciones a las velocidades de operación por las que optan los conductores a lo largo de los alineamientos. La integración en su entorno debe procurar minimizar los impactos ambientales, teniendo en cuenta el uso y valores de los suelos afectados, siendo básica la mayor adaptación física posible a la topografía existente. La armonía o estética de la obra resultante tiene dos posibles puntos de vista: el exterior o estático, relacionado con la adaptación paisajística, y el interior o dinámico vinculado con la comodidad visual del conductor ante las perspectivas cambiantes que se agolpan a sus pupilas y pueden llegar a provocar fatiga o distracción, motivo de peligrosidad. Hay que obtener un diseño geométrico conjunto que ofrezca al conductor un recorrido fácil y agradable, exento de sorpresas y desorientaciones. La economía o el menor costo posible, tanto de la ejecución de la obra, como del mantenimiento y la explotación futura de la misma, alcanzando siempre una solución de compromiso con el resto de objetivos o criterios. La elasticidad suficiente de la solución definitiva para prever posibles ampliaciones en el futuro.
TRAZO DE UNA CARRETERA Y ELECCIÓN DE UNA MEJOR RUTA I.
OBJETIVOS:
II.
El objetivo principal del diseño o trazo de una carretera es adecuar la infraestructura vial existente en lo relacionado con alineamientos horizontales, verticales y de sección transversal, de tal manera que se permita el tránsito de vehículos.
MARCO TEORICO:
DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERAS El diseño geométrico es la parte más importante dentro de un proyecto de construcción o mejoramiento de una vía. En esta etapa se determina su configuración tridimensional, es decir, la ubicación y la forma geométrica definida para los elementos de la carretera; de manera que ésta sea funcional, segura, cómoda, estética, económica.
CLASIFICACION DE LA RED VIAL: CLASIFICACIÓN DE LAS CARRETERAS SEGÚN SU FUNCIÓN:
CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A LA DEMANDA: AUTOPISTAS: Carretera de IMDA mayor de 4000 veh/día, de calzadas separadas, cada una con dos o más carriles, con control total de los accesos (ingresos y salidas) que proporciona flujo vehicular completamente continuo. Se le denominará con la sigla A.P.
CARRETERAS DUALES O MULTICARRIL: De IMDA mayor de 4000 veh/dia, de calzadas separadas, cada una con dos o más carriles; con control parcial de accesos. Se le denominará con la sigla MC (Multicarril).
CARRETERAS DE 1RA. CLASE: Son aquellas con un IMDA entre 4000-2001 veh/día de una calzada de dos carriles (DC).
CARRETERAS DE 2DA. CLASE: Son aquellas de una calzada de dos carriles (DC) que soportan entre 2000-400 veh/día.
CARRETERAS DE 3RA. CLASE: Son aquellas de una calzada que soportan menos de 400 veh/día. El diseño de caminos del sistema vecinal < 200 veh/día se rigen por las Normas emitidas por el MTC para dicho fin y que no forman parte del presente Manual.
TROCHAS CARROZABLES: Es la categoría más baja de camino transitable para vehículos automotores. Construido con un mínimo de movimiento de tierras, que permite el paso de un solo vehículo.
CLASIFICACIÓN SEGÚN CONDICIONES OROGRÁFICAS: CARRETERAS TIPO 1 Permite a los vehículos pesados mantener aproximadamente la misma velocidad que la de los vehículos ligeros. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, es menor o igual a 10%.
CARRETERAS TIPO 2 Es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos 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. La
inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, varía entre 10 y 50%.
CARRETERAS TIPO 3 Es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a reducir a velocidad sostenida en rampa durante distancias considerables o a intervalos frecuentes. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, varía entre 50 y 100%.
CARRETERAS TIPO 4 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 montañoso, para distancias significativas o a intervalos muy frecuentes. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, es mayor de 100%.
LINEA GRADIENTE: Es una línea que se desarrolla en la región de interés tomando en cuenta los puntos de controles 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 hacia B se necesitará tener varios tramos con varias pendientes.
Δy: 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 es cala 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
Δx: Es la distancia horizontal que se debe recorrer para subir o bajar
TRAZO DE UNA LINEA GRADIENTE EN PLANOS: El trazado de un conjunto de lineas gradientes en un plano topografico se debe llevar de manera cuidadosa de tal manera que cumpla con los requerimientos y parametros del proyecto. Para un trazo eficaz de una linea gradiente en un plano se recomienda utilizar la siguiente formula para determinar la abertura de nuestro compas.
DONDE: Dh= Distancia horizontal entre curvas de nivel A y B Δh= Equidistancia entre las curvas de nivel A y B m = Pendiente.
EVALUACION DE LAS RUTAS
La mejor ruta entre varias alternativas, que permita enlazar dos extremos o terminales, será aquella que de acuerdo a las condiciones topográficas, geológicas, hidrológicas y de drenaje, ofrezca el menor coste con el mayor índice de utilidad económica, social y estética. Por lo que para cada ruta será necesario determinar en forma aproximada, los costos de construcción, operación y conservación de la ruta vía a proyectar, para así compararlos con los beneficios probables esperados.
Para poder identificar una buena ruta que cumpla con todas las condiciones necesarias existen diversos como el que vamos a describir a continuación.
METODO DE BRUCE
Este método se basa en el concepto de longitud resistente que es la comparación entre la distancia real de la ruta y una distancia equivalente en terreno plano, teniendo en cuenta el mayor esfuerzo que realizan los vehículos subiendo cuestas muy empinadas y el mayor riesgo y desgaste de los frenos cuando se aventuran a bajarlas
La longitud resistente de una ruta esa dada por:
Donde: Xo = Longitud Resistente (m) X = Longitud total del trazado y =
Desnivel o suma de Desniveles
k = Inverso del coeficiente de tracción
el valor del inverso del coeficiente de tracción esta en función del tipo de capa de rodadura planeada para el pavimentode la via.
TIPO DE SUPERFICIE
K
Afirmado
21
Tratamiento superficial
32
Carpeta asfáltica
35
Pavimento en concreto
44
La evaluación se realiza en los dos sentidos de circulación a partir de una pendiente recomendada o especificada para la vía.
CURVAS CIRCULARES:
Son utilizadas en carreteras para enlazar o empalmar dos tangentes:
DIVERSOS TIPOS DE CURVAS CIRCULARES:
Se puede clasificar en dos grupos diferentes: curvas sencillas o curvas compuesas, tambien llamadas policentricas, y las segundas, a su vez, seran en el mismo sentido o curvas de se ntidos contrarios.
RADIOS MINIMOS ABSOLUTOS:
Los radios minimos de curvatura horizontal son los menores radios que pueden recorrerse con la velocidad de diseño y la tasa maxima de peralte, en condiciones aceptables de seguridad y de compodidad en el viaje. los radios minimos para cada velocidad de diseño, calculados bajo el criterio de seguridad ante el deslizamiento, estan dados por la expresion:
Cota: 1348 2m
10 m 0.71
m =
10 m
0.71 10
m = 7.1 %
x
100
m =
2 10
m = 20 %
x
100
PUNTO ②: Cota: 1358
10 m 1.43 m
m =
1.11 m 10 m
1.43 10
x
100
m =
m = 14.3 %
1.11 10
x
100
m = 11.1 %
PUNTO I: Cota: 1360 10 m
1.67 m
1.25 m 10 m
m =
1.25 10
x
100
m =
m = 12.5 %
1.67 10
x
100
m = 16.7 %
PUNTO ④: Cota: 1354 10 m 1.43 m
m =
2m 10 m
1.43 10
m = 14.3 %
x
100
m =
2 x 10
100
m = 20 %
Calculamos y encontramos la pendiente promedio predominante: M = 7.1 + 20 + 14.3 + 11.1 + 12.5 + 16.7 + 14.3 + 20 = 14.5 % 8 Según su orografía podemos deducir que es una carretera de tipo II porque la pendiente predominante está en el intervalo de (10% - 50%); y según la demanda de vehículos la clasificamos como carretera de tercer orden (IMDA hasta 400
veh/día).
Para este tipo de carreteras de tercer orden y de tipo II las velocidades de diseño a emplear son: 40, 50 y 60 km/h.
Cálculo del Radio Mínimo:
En la siguiente tabla se muestra el coeficiente de fricción máximo ( utilizar para cada velocidad de diseño.
)a
Velocidades de diseño y coeficientes de fricción a utilizar.
El peralte máximo a utilizar para este tipo de carreteras es
I.
Cálculo del radio mínimo para una velocidad de 40 km/h: Rmin =
(40)2 127 (0.17 + 0.08)
Rmin = 50.39 ≈ 50 m II.
Cálculo del radio mínimo para una velocidad de 50 km/h: Rmin =
(50)2 127 (0.16 + 0.08)
Rmin = 82.02 ≈ 82 m
= 0.08
III.
Cálculo del radio mínimo para una velocidad de 60 km/h: Rmin =
(60)2 127 (0.15 + 0.08)
Rmin = 123.25 ≈ 123 m
Cuadro de Azimut, Rumbos y Deflexiones: PUNTO
RUMBO
AZIMUT
Δ
A B PI1 PI2 PI3 PI4 PI5 PI6
S 150 O
1950
-
N 140 O
3460
-
S 610 O
2410
450
S 150 E
1650
74.50
S 710 E
1090
560
S 50 E
1750
660
S 140 E
1660
32.50
S 610 O
1950
240
Cuadro de Diseño de Curvas, de Deflexiones y coordenadas: I.
Curva – 01: R DELTA PROL PI
T E M
123 m 45 KM1+
50,95 10,13 9,36
0,79 66
CL LC PROL PC
94,14 96,60 15,05
111,66
PROL PT
ARCO ESTACA
PROGRESIVA PARCIAL
ACUM
φ
X
Y
α
C
15,05
PC
PT
II.
1
20
4,95
4,95
2,30
4,95
0,10
1,15
4,95
2
30
10
14,95
6,96
14,91
0,91
3,48
14,94
3
40
10
24,95
11,62
24,78
2,52
5,81
24,91
4
50
10
34,95
16,28
34,48
4,93
8,14
34,83
5
60
10
44,95
20,94
43,95
8,12
10,47
44,70
6
70
10
54,95
25,60
53,14
12,07
12,80
54,49
7
80
10
64,95
30,25
61,97
16,75
15,13
64,20
8
90
10
74,95
34,91
70,40
22,14
17,46
73,79
9
100
10
84,95
39,57
78,35
28,19
19,79
83,27
111,66
11,66
96,60
45,00
86,97
36,03
22,50
94,14
Curva – 02:
50 m
R
74,5
DELTA PROL PI
KM1+
1,30 168
T
38,02
CL
60,53
E
12,81
LC
65,01
M
10,20
PROL PC
129,98
PROL PT
194,99
ARCO ESTACA
PROGRESIVA PARCIAL
ACUM
X
φ
Y
C
α
129,98
PC 1
130
0,02
0,02
0,02
0,02
0,00
0,01
0,02
2
140
10
10,02
11,48
9,95
1,00
5,74
10,00
3
150
10
20,02
22,94
19,49
3,96
11,47
19,89
4
160
10
30,02
34,40
28,25
8,74
17,20
29,57
5
170
10
40,02
45,86
35,88
15,18
22,93
38,96
6
180
10
50,02
57,32
42,08
23,00
28,66
47,96
7
190
10
60,02
68,78
46,61
31,90
34,39
56,48
194,99
4,99
65,01
74,50
48,18
36,64
37,25
60,53
PT
Curva – 03:
III.
R
50 m
DELTA
56
0,98
KM1+
PROL PI
246 CL
46,95
LC
48,87
T
26,59
E
6,63
PROL PC
219,41
M
5,85
PROL PT
268,28
ARCO ESTACA
ACUM
φ
X
Y
α
C
219,41
PC
PT
PROGRESIVA PARCIAL
1
220
0,59
0,59
0,67
0,59
0,00
0,34
0,59
2
230
10
10,59
12,13
10,51
1,12
6,07
10,57
3
240
10
20,59
23,59
20,01
4,18
11,79
20,44
4
250
10
30,59
35,05
28,71
9,07
17,52
30,11
5
260
10
40,59
46,51
36,27
15,59
23,25
39,48
268,28
8,28
48,87
56,00
41,45
22,04
28,00
46,95
ARCO ESTACA PC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PT
PROGRESIVA PARCIAL
V.
φ
358,75 360 1,25 1,25 370 10 11,25 380 10 21,25 390 10 31,25 400 10 41,25 R 410 10 51,25 DELTA 420 10 61,25 PROL PI 430 10 KM1+ 71,25 440 10 81,25 450 10 91,25 453,21T
IV.
ACUM
3,21
0,87 7,86 14,85 21,84 28,82 82 m 35,81 66 42,80 49,79 56,77 63,76
94,4653,25 66,00
X
1,25 11,22 21,01 30,50 39,53 47,98 1,15 55,71 412 62,62 68,59 73,55 74,91 CL
Y
α
C
0,01 0,77 2,74 5,88 10,16 15,50 21,83 29,06 37,07 45,74
0,44 3,93 7,42 10,92 14,41 17,91 21,40 24,89 28,39 31,88
1,25 11,24 21,19 31,06 40,82 50,42 59,84 69,03 77,97 86,62
48,65
33,00 89,32 89,32
E
15,77
LC
M
13,23
PROL PC
358,75
PROL PT
453,21
Curva 04:
94,46
–
Curva – 05:
82 m
R
32,5
DELTA
KM1+
PROL PI
0,57 498
T
23,90
CL
45,89
E
3,41
LC
46,51
M
3,28
PROL PC
474,10
PROL PT
520,61
ARCO ESTACA
PROGRESIVA PARCIAL
ACUM
φ
X
Y
α
C
474,10
PC 1
480
5,90
5,90
4,12
5,90
0,21
2,06
5,90
2
490
10
15,90
11,11
15,80
1,54
5,56
15,88
3
500
10
25,90
18,10
25,47
4,06
9,05
25,79
4
510
10
35,90
25,08
34,76
7,73
12,54
35,61
5
520,00
10,00
45,90
32,07
43,54
12,51
16,04
45,30
520,61
0,61
46,51
32,50
44,06
12,84
16,25
45,89
PT
Curva – 06:
VI.
123 m
R
24
DELTA
0,42
PROL PI
KM1+
586
T
26,14445709
CL
51,15
E
2,747893168
LC
51,52
2,68784511
M
PROL PC
559,86
PROL PT
611,38
ARCO ESTACA
ACUM
φ
X
Y
α
C
559,86
PC
PT
PROGRESIVA PARCIAL
1
560
0,14
0,14
0,07
0,14
0,00
0,03
0,14
2
570
10
10,14
4,73
10,13
0,42
2,36
10,14
3
580
10
20,14
9,38
20,05
1,65
4,69
20,12
4
590
10
30,14
14,04
29,84
3,68
7,02
30,07
5
600
10
40,14
18,70
39,44
6,49
9,35
39,97
6
610
10
50,14
23,36
48,77
10,08
11,68
49,80
611,38
1,38
51,52
24,00
50,03
10,63
12,00
51,15
