proyecto diseño

5/9/2018 proyecto diseño - slidepdf.com

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INTRODUCCION

En el mundo moderno, no obstante que es posible establecer medios de transporte ya

sea de pasajeros o de carga por diferentes medios, las condiciones particulares de

cada región, medidas como una suma de factores de tipo económico, social, político y

físico, determinan la elección final del modo prioritario a usar.

El propósito específico del diseño geométrico, dentro del conjunto de actividades y

estudios complementarios que son necesarios para el diseño de una carretera.

La construcción de una carretera Primaria nueva obedece a la necesidad de

complementar la malla vial existente para obtener ahorros en el costo del transporte.

Como la motivación es fundamentalmente de índole económica y teniendo en cuentaque se requiere una inversión importante, por las altas especificaciones geométricas

necesarias para ofrecer el adecuado nivel de servicio al tránsito que haría uso de dicha

carretera, es indispensable que la decisión de construirla sea tomada con cautela.

Con el desarrollo de este proyecto, permitirá resolver dificultades, para que en futura

vida laboral se puedan resolver las dificultades, para atender con éxito con plena

responsabilidad el compromiso de diseñar carreteras. Con los mas altos estándares,

para bridar a los usuarios las mejores condiciones.De esta manera como futurosingenieros, se constituye en una herramienta que será útil, en nuestra vida

profesional.

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OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERAL

Realizar la primera etapa del diseño geométrico de una vía de una calzada con dos

carriles, a partir del trazo de líneas de ceros y posterior trazo de ejes alternativos, para

la evaluación de rutas por el método de BRUCE

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Trazar dos alternativas de líneas de ceros para una vía de una calzada con dos

carriles

Evaluar cada alternativa propuesta mediante el método de BRUCE, para

determinar cual es la mas adecuada.

Trazar los alineamientos a la alternativa seleccionada, teniendo en cuenta que

se debe ajustar lo mejor posible e la línea de ceros

Generar el perfil de la ruta seleccionada y dibujar la rasante tentativa

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1. MARCO TEORICO

Diseño geométrico es el proceso de correlación de los elementos físicos de la víacon características operacionales de los vehículos.

1. ASPECTOS GENERALES

1.1. CLASIFICACIÓN DE LAS CARRETERAS

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

funcionalidad y el tipo de terreno.

1.1.1. Según su funcionalidad

Determinada según la necesidad operacional de la carretera o de los intereses de lanación en sus diferentes niveles:

Primarias

Son aquellas troncales, transversales y accesos a capitales de Departamento quecumplen 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 decalzadas divididas según las exigencias particulares del proyecto. Las carreterasconsideradas como Primarias deben funcionar pavimentadas.

Secundarias

Son aquellas vías que unen las cabeceras municipales entre sí y/o que provienen deuna cabecera municipal y conectan con una carretera Primaria. Las carreterasconsideradas como Secundarias pueden funcionar pavimentadas o en afirmado.

Terciarias

Son aquellas vías de acceso que unen las cabeceras municipales con sus veredas ounen veredas entre sí. Las carreteras consideradas como Terciarias deben funcionar en afirmado. En caso de pavimentarse deberán cumplir con las condicionesgeométricas estipuladas para las vías Secundarias.

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1.1.2 Según el tipo de terreno

Determinada por la topografía predominante en el tramo en estudio, es decir que a lolargo del proyecto pueden presentarse tramos homogéneos en diferentes tipos deterreno.

Terreno plano

Tiene pendientes transversales al eje de la vía menores de cinco grados (5°). Exige elmínimo movimiento de tierras durante la construcción por lo que no presentadificultad ni en su trazado ni en su explanación. Sus pendientes longitudinales sonnormalmente menores de tres por ciento (3%).

Conceptualmente, este tipo de carreteras se definen como la combinación dealineamientos horizontal y vertical que permite a los vehículos pesados mantener aproximadamente la misma velocidad que la de los vehículos livianos.

Terreno ondulado

Tiene pendientes transversales al eje de la vía entre seis y trece grados (6° - 13°).Requiere moderado movimiento de tierras durante la construcción, lo que permitealineamientos más o menos rectos, sin mayores dificultades en el trazado y en laexplanación. Sus pendientes longitudinales se encuentran entre tres y seis por ciento

(3% - 6%). Conceptualmente, este tipo de carreteras se definen como la combinaciónde alineamientos horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a reducir susvelocidades significativamente por debajo de las de los vehículos livianos, sin queesto los lleve a operar a velocidades sostenidas en rampa por tiempo prolongado.

Terreno montañoso

Tiene pendientes transversales al eje de la vía entre trece y cuarenta grados (13° -40°). Generalmente requiere grandes movimientos de tierra durante la construcción,razón por la cual presenta dificultades en el trazado y en la explanación. Sus pendientes longitudinales predominantes se encuentran entre seis y ocho por ciento

(6% - 8%). Conceptualmente, este tipo de carreteras se definen como la combinaciónde alineamientos horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a operar avelocidades sostenidas en rampa durante distancias considerables y en oportunidadesfrecuentes.

Terreno escarpado

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Tiene pendientes transversales al eje de la vía generalmente superiores a cuarentagrados (40°). Exigen el máximo movimiento de tierras durante la construcción, lo queacarrea grandes dificultades en el trazado y en la explanación, puesto quegeneralmente los alineamientos se encuentran definidos por divisorias de aguas.

Generalmente sus pendientes longitudinales son superiores a ocho por ciento (8%).Conceptualmente, este tipo de carreteras se definen como la combinación dealineamientos horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a operar amenores velocidades sostenidas en rampa que en aquellas a las que operan en terrenomontañoso, para distancias significativas y en oportunidades frecuentes.

Identificación, con base en la información cartográfica, de los posiblescorredores de ruta

Se deben considerar, como mínimo, los siguientes aspectos: la estabilidad geológica,la pendiente transversal del terreno (clasificándolo en plano, ondulado, montañoso óescarpado), la estabilidad geotécnica, el patrón de drenaje, el número de caucesmayores, opciones de sitios de cruce de líneas divisorias de aguas (puertos secos) y ponteaderos, posibilidad de fuentes de materiales y zonas de vida ó ecosistemas. Se puede presentar que por las características topográficas de la zona no sea evidente eldesarrollo de algún corredor que se desea analizar. Para ayudar a delimitarlo con más precisión se deben establecer, sobre restituciones, los puntos secundarios de control yentre ellos trazar una línea de ceros provisional. Para ello se puede asumir, a título deuna primera aproximación, la Pendiente Media Máxima del corredor de ruta

(PMmáx) asociada a la Velocidad de Diseño de un tramo homogéneo (VTR) que seconsidere apropiada para ese tipo de terreno. La definición de Pendiente MediaMáxima del corredor de ruta se presenta en el paso 7) de esta secuencia.

LINEA DE PENDIENTE O DE CEROS

Es aquella que pasando por los puntos obligados del proyecto. Conserva la pendienteuniforme especificada y que de coincidir con el eje de la vía, este no aceptaría corteni rellenos, razón por la cual se le reconoce línea de ceros.

Trazado de la línea de ceros

Sin exceder la Pendiente Media Máxima del corredor de ruta (PMmáx) asociada a laVelocidad de Diseño preliminar asignada a cada tramo homogéneo, se debe trazar lalínea de ceros entre los puntos secundarios de control considerados como fronterasentre tramos homogéneos. La Pendiente Media Máxima del corredor de ruta

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(PMmáx) en un determinado Tramo Homogéneo debe ser menor que la pendientemáxima permitida para una tangente vertical incluida en dicho Tramo Homogéneo. Elvalor de la Pendiente Media Máxima del corredor de ruta (PMmáx) en ningún caso puede ser superior a siete por ciento (7%) y sus valores se indican en la Tabla 4.1 del

presente Manual. Si la pendiente media del corredor es menor que la máxima permitida para una tangente vertical es poco probable que, al momento de realizar eldiseño en perfil del eje de la carretera, se presenten dificultades para cumplir laespecificación de pendiente máxima de una tangente vertical.

El requisito que establece que la pendiente media del corredor de ruta no debe superar siete por ciento (7%) tiene sentido fundamentalmente en el caso del proyecto de unacarretera Terciaria. En estas carreteras, por su categoría, se permiten pendientesfuertes, las que se pueden diseñar sin objeción .

Reconocimiento terrestre

Una vez trazada la línea de ceros sobre las restituciones se debe llevar a cabo unreconocimiento terrestre con el propósito de validar los planteamientos formuladoscon base en la cartografía. Para conceptuar si la línea de ceros es factible, se debeestablecer, con un altímetro, la cota de los puntos secundarios de control propuestos.Con el desarrollo de dicha línea, medido sobre las mismas restituciones, se debecalcular la Pendiente Media del corredor entre puntos de control y constatar, sobre larealidad del terreno, si se supera o no la máxima permitida según la Velocidad deDiseño asignada al tramo homogéneo. Además, se debe analizar la estabilidadgeológica y la estabilidad geotécnica, el patrón de drenaje, las condiciones reales de

los puertos secos y ponteaderos definidos como puntos secundarios de control, las posibles fuentes de materiales, las zonas de vida ó ecosistemas y todos los demásaspectos que el grupo de especialistas a cargo de la Fase de Pre-factibilidad considerenecesario valorar.

Trazado de la línea de ceros en el terreno

Una vez establecidas, en forma definitiva, las fronteras entre Tramos homogéneos yasignada su Velocidad de diseño se debe trazar la línea de ceros en el terreno con el propósito de verificar si es posible conectar los puntos extremos del tramo, es decir

sus fronteras, sin superar la Pendiente Media Máxima del corredor de ruta (PMmáx)asociada a la Velocidad de diseño adoptada (VTR).

EALUACION DEL TRAZADO DE RUTAS

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Existen varios métodos de evaluación de rutas y trazados alternos, con los cuales se puede hacer la mejor selección: Dentro de estos métodos se encuentra el método deBruce el cual se aplica el método de longitud virtual.

Se expresa así:

Los valores de k para distintos tipos de superficie de rodamiento.

TRAZADO DE UNA LÍNEA DE PENDIENTE

Longitud horizontal, sobre longitud vertical

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Por lo tanto puede decirse que:

Donde a es la abertura del compas y p es la pendiente uniforme de la línea de ceros.

DISEÑO EN PERFIL DEL EJE DE LA CARRETERA

El alineamiento vertical está formado por una serie de rectas enlazadas por arcos parabólicos, a los que dichas rectas son tangentes. La inclinación de las tangentesverticales y la longitud de las curvas dependen principalmente de la topografía de lazona, del alineamiento horizontal, de la visibilidad, de la velocidad del proyecto, delos costos de construcción, de los costos de operación, del porcentaje de vehículos pesados y de su rendimiento en los ascensos. El alineamiento vertical y el

alineamiento horizontal deben ser consistentes y balanceados, en forma tal que los parámetros del primero correspondan y sean congruentes con los del alineamientohorizontal. Por lo tanto es necesario que los elementos del diseño vertical tengan lamisma Velocidad Específica del sector en planta que coincide con el elementovertical en estudio. Lo ideal es la obtención de rasantes largas con un ajuste óptimode curvas verticales y curvas horizontales a las condiciones del tránsito y a lascaracterísticas del terreno, generando un proyecto lo más económico posible tanto ensu operación como para su construcción.

Selección de los controles de diseño geométrico en planta, perfil y seccióntransversal.

De acuerdo a los tramos homogéneos identificados es necesario definir los controlesde diseño geométrico para cada uno de ellos. La selección de los controles de diseñogeométrico está dirigida específicamente a la determinación de la Velocidad dediseño de los tramos (VTR), la Velocidad Específica de las curvas horizontales(VCH) y la sección transversal típica del mejoramiento, como elementos de partida

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para definir las especificaciones de diseño como son los radios mínimos, las entretangencias mínimas, las pendientes máximas y mínimas, etc.

Diseño geométrico del eje en planta.

El diseño geométrico en planta del eje del proyecto debe tener, en lo posible, undesarrollo ajustado a la vía existente sin dejar de cumplir con las nuevasespecificaciones de diseño. Los parámetros de diseño en planta son los mismosindicados para el diseño de vías nuevas y señalados en el capitulo 3 del presenteManual. La nueva geometría propuesta en el diseño del mejoramiento debe reflejar las ventajas del nuevo diseño en planta sobre la geometría de la vía existente.

DISEÑO EN PLANTA DEL EJE DE LA CARRETERA

Los elementos geométricos de una carretera deben estar convenientemente

relacionados, para garantizar una operación segura, a una velocidad de operacióncontinua y acorde con las condiciones generales de la vía.Lo anterior se logra haciendo que el proyecto sea gobernado por un adecuado valor de velocidad de diseño; y, sobre todo, estableciendo relaciones cómodas entre estevalor, la curvatura y el peralte. Se puede considerar entonces que el diseñogeométrico propiamente dicho se inicia cuando se define, dentro de criterios técnico – económicos, la velocidad de diseño para cada Tramo homogéneo en estudio.El alineamiento horizontal está constituido por alineamientos rectos, curvas circularesy curvas de grado de curvatura variable que permiten una transición suave al pasar dealineamientos rectos a curvas circulares o viceversa o también entre dos curvascirculares de curvatura diferente. El alineamiento horizontal debe permitir una

operación segura y cómoda a la velocidad de diseño.Durante el diseño de una carretera nueva se deben evitar tramos en planta conalineamientos rectos demasiado largos. Tales tramos son monótonos durante el día,especialmente en zonas donde la temperatura es relativamente alta, y en la nocheaumenta el peligro de deslumbramiento de las luces del vehículo que avanza ensentido opuesto.

Pendiente mínima

La pendiente mínima longitudinal de la rasante debe garantizar especialmente elescurrimiento fácil de las aguas lluvias en la superficie de rodadura y en las cunetas.

La pendiente mínima que garantiza el adecuado funcionamiento de las cunetas debeser de cero punto cinco por ciento (0.5%) como pendiente mínima deseable y cero punto tres por ciento (0.3%) para diseño en terreno plano o sitios donde no es posibleel diseño con la pendiente mínima deseable. En la selección de uno de los dos valoresanteriores se debe tener en cuenta el criterio de frecuencia, intensidad de las lluvias yel espaciamiento de las obras de drenaje tales como alcantarillas y aliviaderos.

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Pendiente máxima

La pendiente máxima de una tangente vertical está en relación directa con lavelocidad a la que circulan los vehículos, teniendo en dicha velocidad una alta

incidencia el tipo de vía que se desea diseñar. Para vías Primarias las pendientesmáximas se establecen considerando velocidades altas, entre sesenta y ciento treintakilómetros por hora (60 - 130 km/h). En las vías Terciarias las pendientes máximas seajustan a velocidades entre veinte y sesenta kilómetros por hora (20 - 60 km/h), endonde la necesidad de minimizar los movimientos de tierra y pobre superficie derodadura son las condiciones dominantes. Instituto Nacional de Vías Manual deDiseño Geométrico de Carreteras 128Para 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 laPendiente Media Máxima del corredor (PMmáx), la cual debe estar en consonancia

con la Velocidad de Diseño del tramo homogéneo.

Valores de la Velocidad de Diseño de los Tramos Homogéneos (VTR) en función dela categoría de la carretera y el tipo de terreno

Localización en el terreno del eje definitivo.

Se materializa el eje utilizando equipo topográfico de precisión e hincando estacassobre el terreno natural o mediante puntos marcados con pintura sobre el pavimento

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existente. Debe ser un trabajo de alta precisión el cual debe quedar registrado encarteras de campo, las cuales serán utilizadas para el proceso del replanteo durante laconstrucción.

Nivelación del eje del proyecto.

A pesar de que el modelo digital tridimensional permite el dibujo de los perfiles de lavía es conveniente el chequeo de estos perfiles mediante una nivelación de precisiónde dichos ejes, para detectar errores que el modelo digital pueda presentar y hacer losajustes pertinentes.

Diseño definitivo en perfil.

Se utilizan los nuevos perfiles obtenidos en la nivelación del eje para ajustar el diseño

de la rasante que fue proyectada en la Fase 2, teniendo en cuenta las observacionesderivadas del proceso de la localización del eje.

Diseño definitivo de las secciones transversales.

Se debe elaborar el diseño definitivo de las secciones transversales en todo elabscisado del proyecto, teniendo en cuenta el ancho de la calzada, ancho de bermas,el diseño de las cunetas, el diseño de la estructura del pavimento, la inclinación de lostaludes de corte y diseño de terraplenes, muros de contención, obras de drenaje, puentes e intersecciones. Las secciones transversales se generan a partir del modelo

digital en tres dimensiones y complementadas con todos los elementos antesdescritos.

Cálculo del movimiento de tierras utilizando el modelo del terreno.

Los valores obtenidos a este nivel deben ser definitivos y sirven de base para elcálculo de cantidades de obra y costos de construcción.

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2. ESPECIFICACIONES DE DISEÑO

ITEM ESPECIFICACIONVd = 80 KPH

Emax= 6%P max= 6%Carretera= Principal una calzada

Ancho calzada= 7.30 m

2.1 MATERIALES

Heliografía

Escuadra

Lápiz

Calculadora

Compás

Colores

Borrador

Marcador

Computador

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3. PROCEDIMIENTO DE LA REALIZACIÓN DEL PROYECTO.

Reconocimiento del terreno, identificando que tipo de terreno encontramosen nuestra heliografía, encontrando un terreno ondulado.

En nuestra heliografía trazamos una cuadricula cada 10 cm.

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Definimos puntos de control secundarios.

Trazamos la línea de ceros. Desde el punto E hasta el punto Q ( Dosalternativas)

Ubicamos los, sus distancias y sus pendientes correspondientes.

Determinamos el perfil preliminar a las alternativas

Realizamos el estudio de rutas y seleccionamos una línea.

Trazamos los alineamientos a la ruta seleccionada.

Determinamos el perfil a la alternativa seleccionada.

Trazamos el subrasante preliminar a la alternativa se seleccionada.

Elaboramos los planos y sus memorias correspondientes al proyecto.

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4. DATOS OBTENIDOS

4.1. CARTERAS DE COORDENADASRUTA 1

Punto Abscisa N EE K0+000 1710 2050

PC1 K0+712 2010 2670Q K1+332 2850 2940

RUTA 2

Punto Abscisa N E

E 0 1710 2050PC1 K0+314 2140 2066PC2 K0+492 2220 2214PC3 K1+522 2664 2664

Q K2+242 2850 29404.2. CARTERA DE COTAS

RUTA 1

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Punto

E

PC1

RUTA 2

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Punto

E

PC 1

PC2

230

235

4.3 Cartera de distancia, pendientes.

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RUTA 1

Punto

E

50

50

50

50

50

50

RUTA 2

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Punto

E

PC 1

PC2

50.00

50.00

5 CÁLCULOS

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5.1 ABERTURA DEL COMPAS:

ESCALA: 1:2000

Eq. =EQUIDISTANCIA: 5 mts

p = PENDIENTE MAXIMA: 6% (0.06)

a =Eq/p=((50)/2000)*100 = 1.67 cm

5.2 MEJOR RUTA:

Método de Bruce:

Xo = X + K*∑yXo: Longitud Virtual

X: Distancia de la Ruta

K: Coeficiente de fricción

∑y: Sumatoria de pendientes positivas

Ruta 1

Punto Abscisa

PC1 712Q 1332

1332 35Ruta 2

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Punto Abscisa

E 0.00PC 1 314

PC2 492

PC3 1522

Q 22422242 35

CONCLUSIONES

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En la realización de este proyecto aplicamos diferentes conceptos teóricos

concluyendo que es un proyecto de vital importancia, para nosotros como futuros

ingenieros de Transporte y vías.

Se trazaron dos alternativas para el diseño de la vía, encontrándose que la ruta que

presenta un mejor resultado luego del análisis con método de BRUCE, fue la ruta

1.

Se dibujo el alineamiento horizontal, el cual tiene una longitud de 1576m, cuenta

con dos Puntos de Inflexión para las curvas horizontales.

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BIBLIOGRAFIA

CARDENAS GRISALES James. Diseño Geométrico de Carreteras. Editorial

norma Bogotá Colombia. Primera edición.

PAULO EMILIO BRAVO. Diseño de carreteras, técnicas y análisis de

proyecto

PEDRO ANTONIO CHOCONTÁ ROJAS. Diseño geométrico de vías.

INFOGRAFIA

(1) MANUAL DE DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERAS 2008- archivoZIP, tamaño descomprimido 5.932.544 bytes. Capitulo 1 Aspectos Generales.

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