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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%
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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:
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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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