TRAZADO DE LÍNEA ANTE-PRELIMINAR O LÍNEA DE CEROS EN CAMPO
YULIANA ANDREA BARBOSA DURÁN CARLOS ANDRÉS FIGUEROA AYALA LAURA CATALINA GIL RODRÍGUEZ HÉCTOR LUIS GONZÁLEZ LÓPEZ JELMER JIMÉNEZ CAMACHO EDUARD YECID ROBERTO RUBIO
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL DISEÑO GEOMÉTRICO Y TRAZADO DE VÍAS TUNJA 2013
TRAZADO DE LÍNEA ANTE-PRELIMINAR O LÍNEA DE CEROS EN CAMPO
YULIANA ANDREA BARBOSA DURÁN
201012262
CARLOS ANDRÉS FIGUEROA AYALA
201010828
LAURA CATALINA GIL RODRÍGUEZ
201010200
HÉCTOR LUIS GONZÁLEZ LÓPEZ
200922838
JELMER JIMÉNEZ CAMACHO
201010510
EDUARD YECID ROBERTO RUBIO
200923500
2do Informe presentado en la asignatura de Diseño Geométrico y Trazado de Vías (Práctica de Campo)
Ingeniero de Transporte y Vías José Rodrigo Alarcón Dallos Monitor: Andrés Leonardo Silva Balaguer
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL DISEÑO GEOMÉTRICO Y TRAZADO DE VÍAS TUNJA 2013
CONTENIDO Pág. LISTA DE TABLAS ..................................................................................................4 1 OBJETIVOS......................................................................................................5 1.1 OBJETIVO GENERAl ................................................................................. 5 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.......................................................................5 2 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO ..................................................................6 2.1 TIPO DE TERRENO ...................................................................................6 2.1.1 Tramo 1 (BOP – PI1)............................................................................6 2.1.2 Tramo 2 (PI1 – PI2) ..............................................................................6 2.1.3 Tramo 3 (PI2 - EOP) ............................................................................6 2.2 TIPO DE CARRETERA ..............................................................................7 2.3 VELOCIDAD DEL TRAMO .........................................................................7 2.3.1 Velocidad del Tramo 1 .........................................................................8 2.3.2 Velocidad del Tramo 2 .........................................................................8 2.3.3 Velocidad del Tramo 3 .........................................................................8 2.4 VELOCIDAD ESPECÍFICA .........................................................................8 2.5 PENDIENTE MÁXIMA ................................................................................ 9 3 PROCEDIMIENTO DE CAMPO .....................................................................10 4 CÁLCULOS Y EJEMPLOS .............................................................................12 4.1 EJEMPLOS DE CÁLCULO PARA LAS COORDENADAS ....................... 12 4.2 EJEMPLOS DE CÁLCULO PARA LAS COTAS .......................................12 4.3 EJEMPLO DE CÁLCULO PARA LA PENDIENTE MÁXIMA.....................12 4.4 CARTERA DE COORDENADAS..............................................................13 4.5 CARTERA DE PENDIENTE MÁXIMA ......................................................14 5 CÁLCULO DE LA ESCALA ............................................................................15 6 ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES .......................................16 7 BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................17 8 ANEXOS .........................................................................................................18
LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 2.3.1. Valores de la Velocidad de Diseño de los Tramos Homogéneos (V TR) en función de la categoría de la carretera y el tipo de terreno. ................................7 Tabla 4.4.1. Cartera de Coordenadas/Línea Ante-preliminar ................................13 Tabla 4.5.1. Cartera de Pendientes Máximas para la Línea Ante-preliminar .........14
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OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL Trazar una línea de pendiente o línea de ceros, teniendo en cuenta las normas del Manual de Diseño Geométrico de Carretas del INVIAS.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Empalmar tres (3) alineamientos con un mínimo de longitud; de ciento cincuenta metros (150 m), doscientos metros (200 m) y cincuenta metros (150 m) correspondientemente, intentando obtener una deflexión máxima de sesenta grados (60°). Diseñar por lo menos dos (2) curvas horizontales en el trayecto de la vía, preferiblemente de distinto sentido. Procurar que la suma de las longitudes de los alineamientos sea de por lo menos seiscientos metros (600 m). Presentar una propuesta de línea preliminar teniendo en cuenta la línea ante-preliminar trazada en campo.
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ESPECIFICACIONES DE DISEÑO
Teniendo en cuenta las normas del Manual de Diseño Geométrico de Carretas del INVIAS, se consideran las siguientes especificaciones de diseño para la línea ante-preliminar:
2.1 TIPO DE TERRENO Debido a la diferencia de pendiente entre alineamientos, esta carretera presenta una clasificación diferente para los tres (3) tramos de la siguiente manera:
2.1.1 Tramo 1 (BOP – PI1) Terreno Montañoso. Posee la mayoría de veces 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 son del orden de seis punto treinta y cinco por ciento (6.35%).
2.1.2 Tramo 2 (PI1 – PI2) Terreno Escarpado. Posee generalmente pendientes transversales al eje de la vía superiores a cuarenta grados (40°). Exigen el máximo movimiento de tierras durante la construcción, lo que acarrea grandes dificultades en el trazado y en la explanación. Sus pendientes longitudinales se encuentran en el orden de nueve punto cuarenta y cuatro por ciento (9.44%).
2.1.3 Tramo 3 (PI2 - EOP) Terreno Ondulado. Posee habitualmente pendientes transversales al eje de la vía entre seis y trece grados (6° - 13°). Requiere moderado movimiento de tierras durante la construcción, lo que permite alineamientos más o menos rectos, sin mayores dificultades en el trazado y en la explanación. Sus pendientes longitudinales son en promedio del cinco punto ochenta y nueve por ciento (5.89%).
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2.2 TIPO DE CARRETERA De acuerdo a la categorización mostrada en el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVIAS, la vía presentada se clasifica según su funcionabilidad como Terciaria . Esta clasificación se determinó teniendo en cuenta que; la necesidad operacional requerida en el sector es baja, que une veredas entre sí, y que cuenta con una longitud de más o menos seiscientos metros (600 m) uniendo los puntos principales obligados, siendo una longitud inferior a los tres kilómetros (3 km) exigidos en la norma.
2.3 VELOCIDAD DEL TRAMO La Velocidad de Diseño de un tramo homogéneo (V TR) está definida en función de la categoría de la carretera y el tipo de terreno. A un tramo homogéneo se le puede asignar una Velocidad de diseño (V TR) en el rango que se indica en la Tabla 2.3.1., en la que se resume el equilibrio entre el mejor nivel de servicio que se puede ofrecer a los usuarios de las carreteras colombianas y las posibilidades económicas del país1. Tabla 2.3.1. Valores de la Velocidad de Diseño de los Tramos Homogéneos (V TR) en función de la categoría de la carretera y el tipo de terreno.
Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVIAS. 2008. 1
Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. INVÍAS. 2008. P 38
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2.3.1 Velocidad del Tramo 1 Este tramo conecta el BOP con el primer punto de intersección (PI 1). Teniendo en cuenta que; la vía a diseñar corresponde a una vía terciaria y el terreno en el que se desarrolla es montañoso, se establece una velocidad promedio de treinta kilómetros por hora (30 km/h); velocidad que se encuentra dentro del rango especificado en la Tabla 2.3.1., teniendo en cuenta la pendiente longitudinal.
2.3.2 Velocidad del Tramo 2 Dicho segmento de la vía enlaza el punto de intersección PI 1 con el otro punto de intersección PI 2. Como es un terreno escarpado, es obligatorio adjudicarle una velocidad menor o igual a la del tramo anterior, para que no exceda los parámetros determinados por el Manual de Diseño Geométrico del INVÍAS, correspondiente a treinta kilómetros por hora (30 km/h).
2.3.3 Velocidad del Tramo 3 Este tramo conecta el punto de intersección PI 2 con el EOP, adquiriendo una pendiente de casi seis por ciento (6%). La clasificación del tipo de terreno para este tramo es ondulado, lo que admite un aumento paulatino de velocidad. Pero, con el fin de mantener una velocidad constante y de no afectar bruscamente el comportamiento del conductor, la Velocidad de Diseño del Tramo Homogéneo (VTR) sería entonces, de treinta kilómetros por hora (30 km/h),
2.4 VELOCIDAD ESPECÍFICA2 La velocidad máxima más probable con que sería abordado cada elemento geométrico es justamente su Velocidad Específica y es con la que se debe diseñar ese elemento. El valor de la Velocidad Específica de un elemento geométrico depende esencialmente de los siguientes parámetros:
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Del valor de la Velocidad de Diseño del Tramo Homogéneo (V TR) en que se encuentra incluido el elemento. La condición deseable es que a la mayoría de los elementos geométricos que integran el tramo homogéneo se les
Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. INVÍAS. 2008. P g. 38
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pueda asignar como Velocidad Específica el valor de la velocidad de diseño del tramo (VTR). De la geometría del trazado inmediatamente antes del elemento considerado, teniendo en cuenta el sentido en que el vehículo realiza el recorrido.
Para asegurar la mayor homogeneidad posible en la Velocidad Específica de curvas y entre-tangencias, lo que necesariamente se traduce en mayor seguridad para los usuarios, se obliga a que las Velocidades Específicas de los elementos que integran un tramo homogéneo sean como mínimo iguales a la velocidad de diseño del tramo (VTR) y no superen esta velocidad en más de diez kilómetros por hora (VTR + 10 km/h).
2.5 PENDIENTE MÁXIMA Dadas las condiciones topográficas del terreno no fue posible trazar una línea ante-preliminar sin exceder la pendiente del siete por ciento (7%), exigida por el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVIAS. Por lo general en Colombia, es altamente probable encontrar estas condiciones de pendiente fuerte, generando que el vehículo se canse, por esta razón al comienzo (6.35%) y al final (5.89%) de esta ante-preliminar las pendientes si cumplen con lo establecido por la norma, dándole la oportunidad al vehículo de recuperar su fuerza. La pendiente máxima alcanzada es del orden de nueve punto cuarenta y cuatro por ciento (9.44%) para el tramo central. Este tramo cuenta con una longitud de doscientos veinte metros (220 m), sumando junto con los otros dos tramos de doscientos metros (200 m) seiscientos veinte metros (620 m), un poco más de lo exigido para este proyecto.
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PROCEDIMIENTO DE CAMPO
El inicio del proyecto se debe materializar con estaca y puntilla debidamente referenciada. Reconocimiento o exploración del terreno con el fin de observar su topografía para determinar las rutas posibles por las que se podría trazar la línea antepreliminar. Desde un origen indicado previamente en el terreno como BM de partida, con cota y coordenadas conocidas, se realiza el traslado del mismo (coordenadas) hasta el lugar definido para el inicio del proyecto (BOP) tomando pendientes con el nivel Abney, distancias horizontales y rumbos. Para este caso no hay necesidad de realizar el traslado del BM, ya que se cuenta con la cota para el BOP. Después de seleccionar la mejor ruta, se procede a trazar la línea de pendiente tomando los jalones marcados a una altura fija y sobre uno de ellos, situado en el punto de partida se coloca el nivel Abney. El segundo jalón se ubica en otro punto del terreno en donde se tenga visual con el Abney dirigido a la marca hecha en el mismo. Se realiza la lectura de la pendiente, positiva o negativa, en base a las divisiones del nonio. Se mide la distancia entre los jalones y se abscisa con estacas en los puntos tratando de marcarlas como medida de precaución. Además se determina el rumbo de cada alineamiento con la brújula magnética. Tratar de obtener alineamientos lo más largo posible (150 m vías terciarias, 200 vías secundarias, 350 vías primarias) Los vértices deben quedar indicados con una estaca y puntilla Se traslada al segundo punto el jalón con el Abney y se repite la operación de toma de pendiente, distancias y rumbos en forma sucesiva siguiendo la tendencia de la ruta seleccionada. En el modelo de cartera adoptado para la línea ante-preliminar se anotarán las abscisas, la longitud de los tramos, los rumbos determinados con ayuda de la brújula y las pendientes determinadas a lo largo de la línea. Se registran las observaciones hechas en el terreno o toma de detalles, como cárcavas, bosques, líneas eléctricas, etc. La información tomada en campo se puede registrar empleando la cartera de tránsito y como mínimo la siguiente información por columna: estación o punto; abscisa; distancia; rumbos o azimuts; pendiente y observaciones. Si se están tomando detalles por izquierdas y derechas se puede usar esta misma cartera para registrarlos colocando las columnas adicionales necesarias, como mínimo 10
serán: detalle de izquierda y detalle de derecha. En la página derecha de la cartera se registrara información gráfica del levantamiento indicando: azimut o rumbo de los alineamientos.
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CÁLCULOS Y EJEMPLOS
4.1 EJEMPLOS DE CÁLCULO PARA LAS COORDENADAS
K0+020
K0+320
⌊ ⌋ ⌊ ⌋ ⌊⌋
⌊ ⌋ ⌊⌋ ⌊ ⌋ ⌊⌋
4.2 EJEMPLOS DE CÁLCULO PARA LAS COTAS
K0+020
K0+320
[ ] ] [ [ ] ] [
4.3 EJEMPLO DE CÁLCULO PARA LA PENDIENTE MÁXIMA
BOP→PI 1
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4.4 CARTERA DE COORDENADAS Tabla 4.4.1. Cartera de Coordenadas/Línea Ante-preliminar Δ
ABSCISA
NORTE
ESTE
COTA (m)
BOP
K0+000
10000.000
10000.000
2740.0000
K0+020
9987.6868
9984.2398
2741.8000
K0+040
9975.9311
9968.0594
2742.8000
K0+060
9963.6178
9952.2992
2744.0220
K0+080
9952.4340
9935.7185
2745.2800
K0+100
9941.2501
9919.1377
2746.5380
K0+120
9929.4944
9902.9574
2747.9380
K0+140
9918.8960
9885.9964
2748.9860
K0+160
9907.1403
9869.8161
2750.0340
K0+180
9894.0191
9854.7219
2751.2920
K0+200
9880.7667
9839.7428
2752.6920
K0+220
9900.2927
9835.4140
2754.9720
K0+240
9919.8556
9831.2558
2757.4120
K0+260
9939.7461
9829.1652
2759.1520
K0+280
9959.3786
9825.3490
2760.5520
K0+300
9978.3997
9819.1687
2761.9520
K0+320
9997.3101
9812.6573
2763.1720
K0+340
10015.1302
9803.5775
2765.6120
K0+360
10033.8018
9796.4101
2768.2120
K0+380
10052.7122
9789.8988
2770.3120
K0+400
10070.8384
9781.4464
2771.7120
K0+420
10088.1589
9771.4464
2773.4520
K0+440
10085.7215
9751.5955
2775.5520
K0+460
10086.0705
9731.5985
2776.5760
K0+480
10084.6754
9711.6472
2777.7960
K0+500
10081.2024
9691.9511
2777.8960
K0+520
10077.0442
9672.3881
2777.5560
K0+540
10071.1968
9653.2620
2778.7760
K0+560
10068.0681
9633.5083
2780.8760
K0+580
10066.3250
9613.5844
2782.4360
K0+600
10062.8520
9593.8882
2783.4840
K0+620
10057.6756
9574.5697
2785.2240
PI 1
PI 2
EOP Fuente: Elaboración propia
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4.5 CARTERA DE PENDIENTE MÁXIMA Tabla 4.5.1. Cartera de Pendientes Máximas para la Línea Ante-preliminar TRAMO
DISTANCIA (m)
DIFERENCIA DE ALTURAS (m)
PENDIENTE MÁX (%)
BOP→PI 1
200
12.692
+6.35
PI 1→PI 2
220
20.760
+9.44
PI 2→EOP
200
11.772
+5.89
Fuente: Elaboración propia
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CÁLCULO DE LA ESCALA
Para el cálculo de la escala se tuvieron en cuenta los siguientes datos:
Tomando el mayor de los dos resultados obtenidos, se tiene que la escala elegida es 1:700
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ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Se opta por diseñar una carretera terciaria en afirmado ya que la longitud de la ruta no supera los tres kilómetros (3 km), por lo cual se supone que enlaza cabeceras municipales con sus veredas o une veredas entre sí. La topografía predominante a lo largo de la vía, presenta pendientes longitudinales que exceden el ocho por ciento (8%), clasificándose según el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras (INVIAS) como un terreno escarpado obligando a los vehículos pesados a operar a menores velocidades sostenidas en rampa que en aquellas a las que operan en terreno montañoso, para distancias significativas y en oportunidades frecuentes, exigiendo el máximo movimiento de tierras durante la construcción, lo que acarrea grandes dificultades en el trazado y en la explanación Las velocidades de diseño optadas para cada tramo se calculan de acuerdo a la pendiente promedio máxima y no se tiene en cuenta estudios de demanda de tránsito y composición vehicular; se deberán realizar estudios que proyecten el transito esperado para cuando la vía entre en funcionamiento calcular las velocidades de diseño finales para cada tramo. En el contexto colombiano el diseño geométrico y el trazado de vía está regido por las normas del Manual de Diseño Geométrico del INVÍAS, pero dadas las exigentes condiciones topográficas de algunas regiones, los ingenieros se ven obligados a desarrollar proyectos que falten algunas normas para poder enlazar puntos obligatorios, conservando en lo posible condiciones de comodidad y seguridad de operación. El trazado del eje vial se vio influenciado enormemente por la topografía del terreno, en especial por las pendientes presentadas en el terreno y las cárcavas que allí resaltaban el paisaje. La primera curva del trazado es la principal afectada, pues debido a la cárcava allí presente, y a la vegetación se opta por desarrollar una deflexión fuerte y unas pendientes un poco mas elevadas de lo usual para poder apegarse al terreno más fiable y favorable para el desarrollo de la vía. ‘Para el caso específico de la segunda curva horizontal no se presenta el inconveniente anteriormente descrito pues en este punto del trazado se cuenta con una topografía favorable a una deflexión pequeña que se ajusta a la forma de la elevación allí existente, lo cual tiene como resultado un mínimo movimiento de tierras . 16
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BIBLIOGRAFÍA
BAYONA MORENO,J.N, Manual para diseño de carreteras, Bucaramanga, SIG, Pág 24-33. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS (INVIAS). www.invias.gov.co MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS, Instituto Nacional de Vías, 2008 JIMÉNEZ FONSECA, Martha, QUINTERO GONZÁLEZ, Julián. Manual de estudios de Ingeniería de Tránsito y Transporte. 2007. CAL y MAYOR y Asociados. Manual de Planeación y Diseño para la Administración del Tránsito y el Transporte de Bogotá. Tomo III Capitulo 4 Estudios de Campo para Tránsito Vehicular. Bogotá: 2005. INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE, Secretaría de Comunicaciones y Transportes. Sistema integral de transporte, publicación técnica No. 2, México 1992. PROGRAMA DE ASISTENCIA TÉCNICA EN TRANSPORTE URBANO PARA LAS CIUDADES MEDIAS MEXICANAS, Manual Normativo, Tomo XII, Manual de Estudios de Ingeniería de Tránsito. BRAVO, Paulo Emilio. Diseño de Carreteras: Técnicas y Análisis del Proyecto. Editorial Cargraphics. 1998. Código topográfico de la Biblioteca de la Universidad: 625.7 B826 JIMÉNEZ, Edgar. Exposición Diseño de Vías. doblevia.wordpress.com. (Consulta 16 agosto de 2009).
[En
línea].
http://
CÁRDENAS, James. Diseño Geométrico de Carreteras. Eco ediciones. Bogotá. 2002. Código topográfico de la Biblioteca de la Universidad: 625.7 C266 di.
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ANEXOS
Anexos 8.1. PLANO: LÍNEA ANTEPRELIMINAR Y LÍNEA PRELIMINAR, Tamaño: Pliego, Escala 1:700.
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