DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERAS.pdf

2015

GUIA PARA EL DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERAS BAJO LA NORMATIVA DG-2013 Y CON LA AYUDA DEL SOFTWARE CIVIL3D 2014

GIVER BRUSS JONATHAN ORE PEREYRA

GORE INGENIERIA Y CONSTRUCCION | [email protected]

GUIA PARA EL DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERAS BAJO LA NORMATIVA DG-2013 CON LA AYUDA DEL SOFTWARE CIVIL3D 2014

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Contenido PRESENTACION ...............................................................................................................................4 INTRODUCCION ..............................................................................................................................5 OBJETIVOS ..................................................................................................................................5 Objetivos General ...................................................................................................................5 Objetivos Específicos. .............................................................................................................5 CAPITULO I .....................................................................................................................................6 GENERALIDADES .............................................................................................................................6 PARAMETROS BASICOS DE DISEÑO ............................................................................................6 1) Análisis Económico .............................................................................................................6 2) Estudio de la demanda vehicular y su clasificación. ...........................................................6 Clasificación por demanda ......................................................................................................7 3) Tipo de Orografía ................................................................................................................7 4) Velocidad de diseño en relación al costo de la carretera. ...................................................8 5) La sección transversal de diseño en función al tipo de topografía. .....................................8 6) El impacto Ambiental ..........................................................................................................8 CAPITULO II ....................................................................................................................................9 PLANTILLAS GORE ...........................................................................................................................9 1.

DATOS DESDE EXCEL ...........................................................................................................9

2.

ASIGNAR PLANTILLAS GORE AL ENTORNO DEL CIVIL 3D ...................................................10 Transferir la plantilla GORE a un dibujo nuevo. ....................................................................11

CAPITULO III ..................................................................................................................................16 DISEÑO GEOMETRICO EN PLANTA ............................................................................................16 METODOS DE DISEÑO DE CARRETERAS ....................................................................................16 1) MÉTODO DIRECTO ............................................................................................................16 2) MÉTODO INDIRECTO.........................................................................................................16 DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERAS ....................................................................................17 INTERACCION CON EL SOFTWARE ........................................................................................17 1.

TOPOGRAFIA .................................................................................................................18

2.

SUPERFICIE ....................................................................................................................21

DISEÑO GEOMETRICO HORIZONTAL: EN PLANTA .....................................................................27 1.

Línea de Gradiente ........................................................................................................29

2.

Velocidad de Diseño......................................................................................................30

3.

Longitud de tangente ....................................................................................................32

1 | [email protected]


Distancia de visibilidad ..........................................................................................................32 CONSIDERACIONES DE DISEÑO EN PLANTA ..........................................................................36 4.

CURVA CIRCULAR ..........................................................................................................37

5.

Curvas de vuelta ............................................................................................................38

6.

EJE DE DISEÑO HORIZONTAL .........................................................................................39

CAPITULO IV..................................................................................................................................45 DISEÑO GEOMETRICO EN PERFIL ..................................................................................................45 1.

PENDIENTE ........................................................................................................................45 a)

Pendiente mínima .........................................................................................................45

b)

Pendiente máxima ........................................................................................................45

2.

LONGITUD CRÍTICA ...........................................................................................................46

3.

CURVA VERITCAL ...............................................................................................................47 a)

TIPOS DE CURVAS VERTICALES ......................................................................................47

b)

PARAMETRO DE CURVATURA “K” .................................................................................47

c)

LONGITUD DE CURVAS VERTICALES ..............................................................................49

4.

PERFIL LONGITUDINAL DEL TERRENO ...............................................................................52

5.

DISEÑO DE RASANTE .........................................................................................................54 a)

RASANTE/ CIVIL 3D........................................................................................................54

b)

Curvas verticales ...........................................................................................................55

c)

Bandas de Perfil ............................................................................................................57

CAPITULO V...................................................................................................................................59 DISEÑO TRANSVERSAL ..................................................................................................................59 ELEMENTOS QUE CONFORMAN LA SECCIÓN TRANSVERSAL ....................................................61 1.

DERECHO DE VIA O FAJA DE DOMINIO........................................................................61

2.

CALZADA O SUPERFICIE DE RODADURA ........................................................................61

3.

SOBRE ANHO .................................................................................................................62

4.

BERMA ..........................................................................................................................65

5.

Bombeo.........................................................................................................................67

6.

Peralte ...........................................................................................................................68

7.

Taludes ..........................................................................................................................69

8.

Cunetas .........................................................................................................................71

9.

Movimiento de Tierras ..................................................................................................73

Diseño transversal en Civil 3D ..................................................................................................77 1.

Anchos de calzada y sobre ancho en curvas. ................................................................77

2.

Seccion típica (Assembly) ..............................................................................................81

3.

Corredor Vial .................................................................................................................86



4.

Peralte en Curvas ..........................................................................................................88

5.

Línea de muestreo (Sampling).......................................................................................89

6.

Calculo de Volúmenes de tierra a mover y CVV ............................................................90

7.

Resultados finales .........................................................................................................91

CAPITULO VI..................................................................................................................................92 IMPRESIÓN DE PLANOS ............................................................................................................92 1.

Ploteo de Planta y Perfil ................................................................................................94

BONUS ..........................................................................................................................................97 Vista en 3D ................................................................................................................................97 1.

Superficie Final ..............................................................................................................97

RECOMENDACIONES.....................................................................................................................99 AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................................100 BIbliogarfia ..........................................................................................................................100



PRESENTACION Siempre motivados con la idea de un mejor futuro para nuestro Perú como país y a nivel profesional, es que se hace esta guía. Esperando que el contenido sea de ayuda a quienes estén inmersos en temas de Ingeniería de Transportes; llámense: Topógrafos, Estudiantes, Ingenieros y todo aquel que desee aprender algo más de esta interesante área de la ingeniería civil. Desde nuestra trinchera seguiremos aportando nuestro granito de arena, apuntando siempre al bien común y claro está, mientras Dios lo permita. La presente Guía tiene como Objetivo hacer un puente entre la teoría, la experiencia en campo, la norma Peruana y el software para lograr diseños viales de mediana envergadura con la calidad y con la seriedad que ésta amerita. Dentro de la vida universitaria, diversos son los cursos que nos enseñan a realizar los cálculos para el diseño de carreteras, desde la etapa de la concepción, diseño y ejecución, como: 

  

Cálculos matemáticos financieros que nos ayudan en el planeamiento estratégico de la inversión del proyecto y su viabilidad, basados en indicadores económicos como el VAN y TIR que te dan valores de la relación Costo/Beneficio. Cálculos para el área de topografía, definiendo las áreas a intervenir, las cotas de los puntos iniciales y finales, las pendientes de la topografía para la elección de la mejor ruta. Cálculos de Elementos geométricos en planta, perfil y sección transversal ya sean Alineamientos rectos, curvos, transiciones de peraltes, sobre anchos, etc. Cálculos de datos para el análisis de costos áreas y volúmenes de corte, diagrama de masas para el costeo de movimientos de tierra y obtener la rasante más económica.

En fin, todo el proceso que se requiere para un diseño adecuado y que hoy en día gracias a la tecnología informática podemos realizarlo de manera muy rápida y dinámica, puesto que estos programas nos ayudan en los cálculos. Tenemos en el mercado varios de estos software para el diseño geométrico de carreteras: LAND DESKTOP, CIVIL 3D(U.S.A.), CivilCad (México), AIDC (Perú). Lo ideal para manejar a la perfección un programa ya sea de estructuras, carreteras, hidráulica, etc. Es entender la parte teórica y conceptual de la especialidad a desarrollar, la parte lógica del programa, las opciones que te da y su interpretación para poder ingresar los datos más sensatos y por último el lenguaje en el que opera dicho software; conociendo estos parámetros tienes asegurado un trabajo de calidad. Porque, si no conoces estas 3 partes fundamentales, caerías en el viejo dicho “GARBAGE IN, GARBAGE OUT” que significa: “si entra basura, sale Basura”. El programa Civil 3D, es un producto Americano que trabaja en base a su norma AASHTO que no es muy diferente a la norma peruana y haciendo los análisis y comparaciones correspondientes, se puede operar con toda confianza en Perú. Lo que se busca, con esta GUIA, es ayudar en la interpretación de la norma DG-2013 para algunos casos generales, interpretar las opciones que nos da el CIVIL 3D y así ingresar los datos correctos que cumplan esta norma.



INTRODUCCION El desarrollo de un país lo constituyen los sistemas de transporte entre los cuales se pueden mencionar: carreteras, ferrocarriles, transporte aéreo, entre otros. Es necesario destacar que en el desarrollo económico y social de un país hay que tener en cuenta todos los sistemas de transporte que lo integran, ya que un estudio por separado no suministra la red idónea que la economía del país exige. En los últimos años el Perú atraviesa un periodo de crecimiento económico prácticamente de todo el país. Las condiciones sociales de producción en general y particularmente de las zonas rurales, se han visto sumamente afectadas por motivos del deterioro de los accesos a zonas productoras y poblaciones rurales, que dependen fundamentalmente de las carreteras y caminos vecinales del ámbito rural, pues por efecto multiplicador va deteriorando la calidad de vida de las poblaciones rurales, con el alza incontrolable de tarifas y fletes, pérdidas de la producción agrícola, agropecuaria, reducción de ingreso y empleo rural, incremento de la pobreza, etc., las que son generadas por el deterioro de las carreteras vecinales. Motivo por el cual, se hace necesario con más frecuencia, diseñar carreteras nuevas, mejorar las vías existentes o realizar mantenimientos rutinarios y periódicos para asegurar e incrementar la calidad de vida de los pobladores, sobre todo en zonas rurales. OBJETIVOS Objetivos General Ayudar en el diseño de una carretera, basándonos en la Norma Peruana DG-2013 del ministerio de transportes y Comunicaciones, Con la ayuda del software Civil 3d. Objetivos Específicos.  Definir conceptos básicos para el diseño de carreteras  Guiar en la elección de parámetros que nos da la Norma para el diseño vial en planta, perfil y secciones.  Guiar en el aprendizaje e Interpretación de datos del programa Civil 3d-2014.  Difundir el conocimiento en cuanto a ingeniería Vial se refiere.



CAPITULO I GENERALIDADES Una carretera es una infraestructura de transporte especialmente acondicionada dentro de una faja de terreno denominada derecho de vía, con el propósito de permitir la circulación de vehículos de manera continua en el tiempo y espacio, con niveles adecuados de seguridad y comodidad. Se denomina carretera a un amplio camino público y en condiciones óptimas de utilización, que tiene por objetivo la circulación vehicular. Las carreteras se distinguen de los simples caminos ya que si bien son sendas intercomunicantes, están especialmente preparadas para el tránsito automotor, con mantenimiento regular. Las carreteras deben cumplir consideraciones de tipo económico, características del terreno y objetivos del proyecto, en cuanto a su trazado que este sea directo entre los puntos extremos a enlazar, cumpliendo en él todos los principios y normas de ingeniería que permitan obtener una obra vial resistente, segura, duradera, funcional, económica y de apariencia agradable ante los ojos del conductor. La construcción de carreteras conlleva a tener en cuenta varios parámetros como la influencia en la naturaleza, el consumo de energía, con énfasis en los combustibles fósiles no renovables, el consumo de materias primas naturales, la generación de residuos, alternativas de tratamiento o reaprovechamiento, las emisiones gaseosas o partículas, la contaminación del suelo y nivel freático, la deforestación, los programas de prevención de accidentes, la evaluación de riesgos y de impactos socioeconómicos y ambientales. PARAMETROS BASICOS DE DISEÑO Para hacer realidad un proyecto Vial se deberá tener en cuenta los siguientes parámetros generales: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Análisis Económico. Estudio de la demanda vehicular y clasificación Tipo de Orografía. Velocidad de diseño en relación al costo de la carretera. La sección transversal de diseño. El impacto Ambiental.

1) Análisis Económico Dentro de las obras publicas que ejecuta el estado, a través de los municipios, se debe justificar el proyecto, determinando si la inversión será menor o mayor al beneficio social. Haciendo un análisis de relación COSTO/BENEFICIO y apoyados con los datos del INEI se hace un estudio de densidad poblacional, situación económica, agrícola, comercial, industrial; vías de acceso, tipo de tecnología, niveles de educación, servicios básicos, etc. 2) Estudio de la demanda vehicular y su clasificación. El Índice Medio Diario Anual de Transito (IMDA) en los estudios de tránsito, se puede dar dos situaciones: el caso de estudios para carreteras existentes; en donde se contabiliza la cantidad, el tipo de vehículo, la frecuencia de uso en dicha vía y el caso para carreteras nuevas donde, cuya proyección requiere de un estudio de desarrollo económico zonal o regional que lo justifique en función a la densidad poblacional futura y la dinámica de crecimiento socio-económico. Esto ayudara a clasificar la futura carretera en su categoría. 6 | [email protected]


Se puede calcular con la siguiente formula

Clasificación por demanda Las carreteras del Perú se clasifican, en función a la demanda en:  Autopistas de Primera Clase Son carreteras con IMDA (Índice Medio Diario Anual) mayor a 6.000 veh/día.  Autopistas de Segunda Clase Son carreteras con un IMDA entre 6.000 y 4.001 veh/día.  Carreteras de Primera Clase Son carreteras con un IMDA entre 4.000 y 2.001 veh/día.  Carreteras de Segunda Clase Son carreteras con IMDA entre 2.000 y 400 veh/día. Carreteras de Tercera Clase Son carreteras con IMDA menores a 400 veh/día.  Trochas Carrozables Son vías transitables, que no alcanzan las características geométricas de una carretera, que por lo general tienen un IMDA menor a 200 veh/día

3) Tipo de Orografía Las carreteras del Perú, en función a la orografía predominante del terreno por donde discurre su trazado, se clasifican en:  Terreno plano (tipo 1) Tiene pendientes transversales al eje de la vía menor o iguales al 10%.  Terreno ondulado (tipo 2) Tiene pendientes transversales al eje de la vía entre 11% y 50%.  Terreno accidentado (tipo 3) Tiene pendientes transversales al eje de la vía entre 51% y el 100%.  Terreno escarpado (tipo 4) Tiene pendientes transversales al eje de la vía superiores al 100%



4) Velocidad de diseño en relación al costo de la carretera. La selección de la velocidad de diseño para la vía, será el resultado de un análisis técnico-económico Teniendo en cuenta la orografía del territorio, elementos geométricos que garanticen la seguridad, comodidad y el costo de su ejecución. En terrenos planos el trazado puede aceptar velocidades altas a bajo costo de construcción, pero en territorios accidentados y escarpados será muy costoso mantener velocidades altas de diseño, porque habría que realizar obras muy costosas para mantener un trazo seguro. Ello solo podría justificarse si los volúmenes de la demanda de transito fueran muy altos en función a la categoría de la vía. 5) La sección transversal de diseño en función al tipo de topografía. Para diseñar la sección transversal, se tendrá en cuenta las características de la Vía, categoría, velocidad de diseño puesto que pueden haber calzadas de multicarriles, duales o de un solo carril con plazoletas de paso cada cierto tramo; su ubicación a lo largo del eje en tangente o en curva; el tipo de terreno sobre el cual se va a construir para definir lo taludes de corte y relleno. 6) El impacto Ambiental El incremento de la demanda derivado del crecimiento de la población, del desarrollo económico y de los avances tecnológicos, ha impuesto mayores exigencias de capacidad, seguridad y confort, lo que ha redundado en que la geometría de los trazados en planta y perfil sea más amplia, con lo que en las etapas de construcción y operación de un camino, alteran en menor o mayor medida las condiciones ambientales prevalecientes en el corredor en que la ruta se emplaza, llegando incluso, en determinados casos, a degradarlas. En el desarrollo de un Estudio de Impacto Ambiental (EIA) u otro instrumento de evaluación, se deberán revisar aquellos aspectos que siempre estarán presentes y que incidirán directamente en el nivel o grado de impacto de una determinada obra. A fin de proveer los métodos para mitigar o minimizar los daños producidos al ecosistema, a las fuentes de agua, vegetación, fauna local, etc.

Todo este análisis se realiza en la etapa de la concepción y para poder ingresar al programa y “hablar el mismo idioma” debemos tener claro muchos de estos conceptos antes mencionados. Una gran ayuda son las plantillas que utilizaremos “Plantillas GORE” que ya están diseñadas con la interpretación y el análisis previo al proceso del DISEÑO VIAL y solo es cuestión de cargarlas y/o activarlas para comenzar a usarlas. En el transcurso de la Guía se les enseñará también a ordenar los datos para poder entablar la comunicación correcta con el programa y las plantillas. El único requisito, para un mejor aprovechamiento de esta guía, es conocer básicamente el entorno AutoCAD y La parte conceptual del diseño de carreteras.



CAPITULO II PLANTILLAS GORE Las plantillas GORE son útiles a la hora de realizar un diseño geométrico de carreteras, puesto que están elaboradas, como se mencionó antes, con el análisis respectivo y con la finalidad de un uso práctico y rápido ante cualquier solicitación. A continuación enseñaremos como preparar el ambiente de trabajo en el programa Civil3D. 1. Excel 2. Asignar Plantilla 1. DATOS DESDE EXCEL Para poder comunicarnos correctamente con el Civil3D debemos alimentar datos en un orden tal que al momento en el que el programa lea la información, no tenga problemas de orientación con los puntos ni cruce de información. Una vez hecho el levantamiento topográfico, se procede a descargar los datos de la estación total hacia una computadora, Se lleva a una hoja Excel siguiendo este orden: Punto, Este, Norte, Z (Elevación), Descripción. Y se guardará con extensión .PRN o .CSV que es un texto delimitado por espacios o por comas respectivamente, de preferencia con el nombre del lugar donde se desarrolla el trabajo: “MOLLEPATA”.

Para este ejemplo usaremos la Extensión .PRN



2. ASIGNAR PLANTILLAS GORE AL ENTORNO DEL CIVIL 3D Abrimos una nueva hoja de dibujo en el Civil 3D y la Configuramos definiendo escalas, zona, Datum, unidades; de la siguiente manera:  En la ficha SETTINGS / click derecho en Drawing 1 / Edit Drwing Settings…

Ajustar los datos como se indica.  Digitar en, SELECTA COORDÍNATE SISTEMA CODE: “UTM84-18S”, al hacer esto estamos Geo referenciando el proyecto. o Las coordenadas con las que trabajamos: coordenadas UTM. o Datum Geodésico: WGS84. o La Zona del proyecto: Huso 18 en latitud SUR. Escalas: 1:1000 Unidades angulares y métricas… como se muestra en la imagen y damos aceptar.

DATO: Si estuvieras en cualquier otra parte del Perú o del mundo. Tienes que ubicarte

en el

Huso y la banda, así obtendrás la zona UTM y podrás Geo referenciarte con estas otras pestañas que tienen precargadas los DATUMs actuales y las 1200 zonas de todo el mundo y para cada País.





Guardamos el dibujo con el nombre del sitio del trabajo: “MOLLEPATA” file/save as…/ MOLLEPATA.

Transferir la plantilla GORE a un dibujo nuevo.





Abrir el archivo (plantilla) GORE. Nos ubicamos en la ventana MOLLEPATA, click en la ficha Settings / click en la pestaña de Toolspace y seleccionamos “Master view”.

Dentro del dibujo MOLLEPATA /Ficha Settings / pestaña Master View / desglosar el archivo GORE/ Point /Point Styles “estilo de puntos”/ hacer click en “GORE: Puntos” y arrastrar hacia la pantalla negra y soltar.



De esta manera se pasan todas las configuraciones del estilo de Punto de la plantilla GORE al nuevo dibujo, Para usar los comandos sin necesidad de modificar o configurar nada. Repetimos estos mismos pasos para todas las herramientas del civil 3d que usaremos, seleccionar y arrastrar. En Todas las opciones de dibujo, las Plantillas llevan el nombre de “GORE: xxxxxx” a) POINT: Referido a los Puntos, aquí Copiaremos lo siguiente. o o

Point style: estilo de la marca de puntos Label style: etiquetas de punto (N°, Elevación, Descripción)

b) SURFACE: superficie o terreno, Aquí copiaremos lo siguiente:  Surface Style: Equidistancia de curvas de nivel, suavizado, colores.  Label style / Contour: etiqueta en las curvas de nivel, cotas.



c) ALIGNMENT: Alineamiento del Eje de diseño  Alignment Style: detalles del eje (color de tangente, de curva, externa)  Design Checks: esta es la sección que se configuró antes, para que el programa haga las verificaciones a las distancias de: tangente mínima, longitud de curva, tangente máxima, en función a la velocidad de diseño y basados en valores que nos indica la norma peruana DG-2013 en la tabla 302.01, tanto para Curvas en S y curvas en O.





Label Style: Estilos de etiquetas en el eje: o Label Set: etiquetas sobre el eje (Progresivas, Kilómetros, PC,PI, PT ) o Line: etiquetas de las tangentes. o Curve: numeración de las Curvas. Table Style: Tablas de reporte o Curve: cuadro de elementos Geométricos.

d) PROFILE: Datos de la Rasante  Label style: o Label Sets: set de etiquetas de rasante (Tangente, pendiente, Curvas Verticales, PCV, PTV)



e) PROFILE VIEW: Malla de Perfil del terreno y bandas  Profile View Styles: Estilo del Perfil de Terreno  Band Style: o Band Sets: Set de bandas del perfil longitudinal (Pendiente, Progresivas, Cota Terreno, Cota Rasante, Alt. Corte, Alt. Relleno, Alineamiento.)

f)

SECCTION: Sección del terreno  Section Styles: presentación grafica del terreno en la sección transversal

g) SECTION VIEW: Visualización de la sección transversal  Section View Style: estilo de malla de la sección.  Group Plot Style: estilo de ploteo de las secciones  Band Style Sets o Band Sets: set de bandas del cuadro de sección transversal  Table Style: cuadro de áreas o Material: cuadro de áreas de corte y relleno en la sección.



Datos para el Diagrama de Masas h) Mass Haul Line: o Mass Haul Line Style: Estilo de línea de Masas acumulada en MM3 i)

Mass Haul View: o Mass Haul View Style: Cuadro y malla del diagrama de masas

j)

MACHT LINE: línea de partición kilométrica para ploteo  Macht line style: Estilo de líneas sombreada en layout



CAPITULO III DISEÑO GEOMETRICO EN PLANTA El diseño Geométrico horizontal deberá permitir la operación ininterrumpida de los vehículos, tratando de conservar la misma velocidad directriz en la mayor longitud de carretera que sea posible. En general, el relieve del terreno es el elemento de control del radio de las curvas horizontales y el de la velocidad directriz. Esta última, a su vez, controla las distancias de visibilidad (parada y adelantamiento). El trazado en planta de un tramo se compondrá de la adecuada combinación de los siguientes elementos: recta, curva y transición de curva.

METODOS DE DISEÑO DE CARRETERAS Para definir y diseñar los elementos geométricos de una carretera existen 2 métodos. 1. Método Directo 2. Método Indirecto 1) MÉTODO DIRECTO Consiste en realizar el trabajo in-situ desde el reconocimiento de campo, toma de datos escritos y fotográficos, determinación las posibles rutas viendo los puntos obligados de paso como son: caseríos, escuelas, ríos, canteras, existencia de sitios arqueológicos; determinación de la línea de gradiente, los Pis, el levantamiento topográfico del eje propuesto que se encuentra dentro del derecho de vía. Las brigadas recomendadas para un trabajo a detalle son: 

Brigada 1

: Topografía



Brigada 2

: Seccionamiento



Brigada 3

: Estudio de Mecánica de Suelos, Canteras y fuentes de agua



Brigada 4

: Estudio de Tráfico. *



Brigada 5

: Wincheo, Estacado, y Pintado *

* Si fuera el estudio de una vía existente.

Con estos datos obtenidos en campo, se procede al diseño definitivo en gabinete con las correcciones necesarias y para su posterior replanteo en campo. 2) MÉTODO INDIRECTO En el método indirecto, todos los trabajos que implican el diseño geométrico de la carretera como son: el trazo de la línea de gradiente, definición de los Pis, posibles rutas, etc. se realizan en gabinete basados en información recopilada. Estos serán lo más cercanos a la realidad posible, para asegurar la fidelidad del diseño. Este método se utiliza comúnmente en diseños de factibilidad a nivel de perfil. Una ayuda muy útil, hoy en día, es la utilización de software especializados en levantamiento topográfico satelital cuyas precisiones son bajas, pero aceptables para estudios de factibilidad, como ejemplo tenemos: Google Earth, Global Mapper, ArcGis, etc.



DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERAS A medida que desarrollemos la presente guía, iremos definiendo y describiendo conceptos que serán de gran utilidad y dejaremos algunas recomendaciones para un mejor entendimiento, teniendo en cuenta los mecanismos técnicos y la seguridad integral, con el fin de que ésta, se desarrolle de acuerdo a las Normas Peruanas para el Diseño de Carreteras del MTC, utilizando la tecnología avanzada así como la experiencia obtenida en diversos proyectos viales. Deberán usarse los valores más cómodos dentro de los límites razonables de economía, haciendo lo posible por superar los valores mínimos indicados y utilizándolos sólo cuando el mayor costo de mejores características lo condicione. INTERACCION CON EL SOFTWARE Para realizar un proceso de diseño correcto, necesitamos entender el lenguaje y la lógica de programación del CIVIL 3D y saber cómo se ingresan datos, cuál es su interpretación, cuáles son las opciones que nos da el software y así poder elegir la mejor de todas y posteriormente ingresar los valores correctos y no caer en el dicho “GARBAGE IN, GARBAGE OUT”. A lo largo del proceso vamos a tener 2 fichas o Paletas con las cuales vamos a trabajar: 



PROSPECTOR; Esta es la ficha donde vamos a interactuar con el software, indicándole que acción queremos que realice y él nos dará las opciones que tiene precargados para el diseño, para que nosotros podamos elegir una de ellas de acuerdo a nuestro criterio y guiados por la norma DG-2013. SETTINGS; Esta es la ficha mediante la cual nosotros podemos crear estilos nuevos de cuadriculas, curvas, tamaño de texto, colores, tipo de letra, podemos eliminar, etc. Es mediante esta opción, que creamos las plantillas GORE.

Para esto debemos conocer un poco más los modos de configuración de comandos, no es difícil, pero este manual no se encarga de enseñar a configurar, sino a utilizar la plantilla; para el tema de edición, adicional a esto se les enviará a quienes lo soliciten, un manual de configuración. PROCEDIMIENTO: A continuación desarrollaremos todo el proceso haciendo uso de plantillas GORE. 1. Topografía  Puntos, Superficie, TIN, escorrentía. 2. Diseño geométrico horizontal  Diseño de eje, Alineamiento, estacado, cuadro de curvas. 3. Diseño geométrico vertical  Perfil longitudinal, rasante, curvas verticales, distancias de visibilidad. 4. Diseño transversal  Sección tipo, Corredor, Línea de muestra, Sobre anchos, Peralte. 5. Cuadros y diagramas  Diagrama de Masas, cuadro de transición de peraltes. 6. Producción de planos



1. TOPOGRAFIA La topografía es una parte muy importante en cualquier diseño de ingeniería vial, estructural, urbanístico, etc. Puesto que es la superficie sobre la cual se va a diseñar el proyecto, en este caso una carretera y debemos contar con la mayor precisión al momento de ejecutar el levantamiento. Literalmente, TOPOGRAFIA significa “dibujar el terreno” ya sea al hacer un levantamiento o un replanteo, indistintamente. Entonces, al realizar un levantamiento topográfico, lo que se pide es copiar todas las características del terreno tal y como se encuentran en ese preciso instante. Recomendación: Para una carretera la mejor forma de dibujar el terreno existente es aplicando el criterio de seccionamiento cada 20m en tangentes y 10m en curvas a lo largo del eje y a los lados 10m, 15m, 20m (DDV) dependiendo del territorio y del criterio del ingeniero. a) Importar Puntos Tenemos que importar los puntos del levantamiento topográfico, generar las curvas de nivel, acotarlas y generar su cuadricula UTM. 



TOOLS SPACE / Ficha Prospector/ points / click derecho / create/ Click Import Points.

Nos aparece una ventana mediante la cual podemos ubicar los puntos dentro de la computadora: Mollepata.prn (delimitado por espacios) y darle el formato PENZD





Ubicamos los puntos / verificamos la extensión .prn / open.



Se visualiza los datos cargados, nos aseguramos que este bien y damos OK





Para ver los puntos en la pantalla completa digitamos Z

/E

b) Asignar el estilo de puntos GORE: Selecciono un punto cualquiera/click derecho/ Point Group Properties…



Asignamos estilos de puntos y etiquetas de puntos GORE/ aceptar.





Se observan los detalles de los puntos Numero de punto Elevación del Punto m.s.n.m. Descripción del Punto

El tener los puntos activados nos ayudara identificar, mediante su descripción, detalles como estaciones ocupadas, puentes, calles, etc. Una vez identificados y utilizados estos detalles, es recomendable apagar los puntos y su etiquetado, porque obstaculizan la visibilidad en trabajos futuros.  Selecciono cualquiera punto / click derecho / Point Group Properties / ponemos en todo / Aceptar.

2. SUPERFICIE Crearemos la superficie en la cual trabajaremos y diseñaremos la carretera 1. Crear Superficie  TOOLS SPACE/ Ficha Prospector / Click derecho en surface / Create Surface.





Ingresar datos y OK NAME: Lugar del Proyecto: MOLLEPATA Style: click en y seleccionar GORE: Superficie de Terreno

 

TOOLS SPACE/ Ficha Prospector/Desglosamos Sufaces/MOLLEPATA/ Definition/Point Groups/ click derecho/Add.. Seleccionamos _All Points / OK

2. Modificación del TIN Podemos y debemos verificar la triangulación de la interpolación de las curvas de nivel. Podemos también ver el escurrimiento de las aguas para ubicar futuras alcantarillas, badenes o pontones.  

Seleccionamos un pedazo de las curvas de nivel/click derecho/Edit Surface style. Ahora debemos activar las siguientes capas: Triangles y slope arrows (Triángulos y flechas de pendiente) En las otras capas puedes explorar su funcionamiento te indican alturas, cuadricula, etc Datos que serán de ayuda al momento de analizar la superficie para una mejor proyección vial.



Viendo las flechas marcamos las posibles alcantarillas y luego desactivamos la capa de flechas de pendiente SLOPE AROOWS, para facilitar la visualización al momento de editar el TIN. Una vez activada la capa de la triangulación (TIN) debemos modificarla de acuerdo a los datos de campo y tratar de que la interpolación sea la más cercana a la realidad, moviéndola eliminando o agregando líneas de triangulación.  TOOLS SPACE/Ficha Prospector/Suface/MOLLEPATA/Definition/Edits/click derecho: o Add Line: Agregamos líneas para la interpolación a la triangulación. o Delete line: Borramos líneas de triangulación y bordes que están de más, para delimitar el área. o Swap Edge: Cambia de dirección a las líneas de la triangulación



Cambiamos de dirección las líneas del TIN, borramos otras y agregamos algunas.

Antes

Después

3. Cotas de Curvas de Nivel Es necesario poner las cotas a las curvas de nivel y colocar las cuadricula UTM, para terminar en la presentación de un plano topográfico.   

Seleccionamos una porción de curvas de nivel/add labels/contour-multiple. Trazamos una línea por donde queremos que las cotas aparezcan a lo largo de toda la superficie. Para asignar la plantilla GORE, seleccionamos una de las cotas/click derecho/contour label line Properties.



Seleccionamos y ordenamos las opciones así:

Línea: Falso Cota Mayor: Verdadero Cota Menor: Falso



4. Cuadricula UTM Ahora solo faltaría definir la Cuadricula UTM Digitamos en la pantalla MODEL el comando APPLOAD/

1° Ubicamos el archivo COOR.gomez, lo seleccionamos y le damos click en “Load”. 2°click en “Contens”/Add/ubicamos el archivo COOR.gomez/ abrir/ close/close.

NOTA: Debemos encerrar la superficie en un cuadrado mayor imaginario, dentro del cual se generaran la cuadricula. Digitamos el comando: “COOR” Nos pide vértice 1: de preferencia una esquina inferior izquierda Nos pide vértice 2: de preferencia una esquina superior derecha Ancho de cuadricula: 50 ó 100 ó 150 ó 200, etc en función a la extensión del terreno. Altura de Texto: 3 ó 5 ó 10mm / Tenemos un plano topográfico terminado, solo es cuestión de exportarlo al AUTOCAD y hacer las configuraciones necesarias de escalas, tamaño de hoja, adicionar los detalles e imprimir.



PLANO TOPOGRAFICO



DISEÑO GEOMETRICO HORIZONTAL: EN PLANTA Para un diseño correcto utilizaremos en todo momento los parámetros (tablas, cuadros, ábacos y recomendaciones) que nos brinda el MTC a través del DG-2013 y un caso real. RECOMENDACIONES       

Determinar la velocidad directriz por tramos, en función a tipo de topografía. Entre tramo y tramo no debe existir diferencia de velocidad mayor a 20km/hr. Para pasar de un tramo a otro la variación será de +/- 15km/hr. Evitar curvas reversas, insertar tangentes => a 50mts Al variar las velocidades, varían todos sus componentes geométricos. Para diseñar un PI, debe haber como mínimo un delta Δ=> 6°0’0” Determinar desde el diseño, ya sea por método directo o indirecto, la pendiente principal de la vía basados en la tabla de pendientes máximas.

Para el caso del manual estamos analizando una carretera existente cuyo trabajo principal es el de incrementar su capacidad vehicular y por ende todas sus características llámense: elementos geométricos, niveles de seguridad, radios, distancias de visibilidad, etc. DATOS DE ENTRADA: Características básicas de la carretera Actual: Red vial Clasificación Velocidad Directriz Longitud Ancho superfície de rodadura Bermas Radio Mínimo curvas de volteo Pendiente Máxima Pendiente Mínima Bombeo Cunetas triangulares Alcantarillas Puentes Talud en Corte Topografía IMDA

: : : : : : : : : : : : : : : :

Vecinal 3cera Clase (Actualmente) Tramo de Intervención de 30 Km. /h. Rio Blanco – Mollepata 10+614. km. 4 - 5.00 m. Variable variable m. a cada lado 12.00 m. 11.00 %. 0.50%. Variable Erosionadas y colmatadas 23 Und. 01 Und. De acuerdo al Estudio Geológico. Ondulada Accidentada 180 veh/dia

Ubicación del Proyecto DEPARTAMENTO PROVINCIA DISTRITO ZONA DATUM

: Cusco : Anta : Mollepata : UTM 18L – SUR . WGS84



CLASIFICACIÓN DE LA CARRETERA PROYECTADA Según la clasificación de la carretera, ésta se debería encontrar dentro de la red vial secundaria (Sistema Departamental) Ruta Nº CU 109 Trayectoria: Emp. PE – 3S (Dv-Mollepata) - Mollepata – Emp. CU 107. (Santa Teresa). CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LA CARRETERA PROYECTADA: (Referencial) Red vial Clasificación Velocidad Directriz Longitud Ancho superfície de rodadura Bermas Radio Mínimo curvas de volteo Radio extraordinarios de volteo Pendiente Máxima Pendiente Mínima Bombeo Cunetas triangulares Alcantarillas Puentes Talud en Corte Topografía

: : : : : : : : : : : : : : : :

Ruta Departamental 2da Clase Tramo de Intervención de 40 km. /h. Rio Blanco – Mollepata 10+542.39 km. - asfaltada 7.80 m. 0.60 m. a cada lado 25.00 m. 18.00 m. 7.00 %. 1.30%. 2.00%. revestidas 31 Und. 01 Und. reposicion De acuerdo al Estudio Geológico. Ondulada Accidentada

SECCIÓN TÍPICA



A continuación indicaremos una forma fácil de crear la línea de gradiente en un método Indirecto.

1. Línea de Gradiente Es la línea imaginaria que lleva una pendiente constante a nivel del suelo en todo el alineamiento basado en la equidistancia de las curvas de nivel, así por ejemplo: Donde: LG: línea de gradiente Eq: Equidistancia de curvas de nivel Pend: Pendiente de diseño

Datos: Eq = 1m Pend= 7% Sol 𝐿𝐺. =

1 0.07

= 14.28𝑚

Esto significa que para pasar de una curva de nivel a otra que están separadas entre sí cada 1m, deberé avanzar 14.28m horizontales. Principio básico de pendiente

Cuando de se trata de un nuevo diseño de carretera este método es muy práctico, en el AutoCAD lo que se hace es: usando una polilinea pico un punto inicial de mi línea de gradiente sobre una curva de nivel, luego genero un circulo de radio 14.28m, ese radio va a intersectar la curva de nivel más cercana, el punto donde corte será mi siguiente punto de línea de gradiente o línea de ceros. Así por ejemplo:



En la figura se muestra claramente como la línea roja que representa la LINEA DE GRADIENTE, sube de una curva de nivel a otra cada 14.28m contorneando la topografía tal y como se calculó. Una vez definido esta línea de gradiente, podemos comenzar con el trazo del eje preliminar, realizar sus correcciones necesarias y por último el trazo definitivo. Para la práctica en campo será necesario utilizar un eclímetro.

Borde externo

Borde interno

PREGUNTA  

Que significa que en mi lectura tenga una pendiente de 100%? A cuantos grados equivale?

2. Velocidad de Diseño Es la velocidad escogida para el diseño, entendiéndose que será la máxima que se podrá mantener con seguridad y comodidad, donde 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 proyectista, para garantizar la consistencia de la velocidad, debe identificar a lo largo de la ruta, tramos homogéneos. La velocidad máxima de un vehículo en un momento dado, está en función principalmente, a las restricciones u oportunidades que ofrezca el trazado de la carretera, principalmente a las condiciones Orográficas, el estado de la superficie de la calzada, las condiciones climáticas, la intensidad del tráfico y las características del vehículo.



En tal sentido, es necesario dimensionar los elementos geométricos de la carretera, en planta, perfil y sección transversal, en forma que pueda ser recorrida con seguridad, a la velocidad máxima asignada a cada uno de dichos elementos geométricos. La diferencia de la Velocidad de Diseño entre tramos adyacentes, no debe ser mayor a veinte kilómetros por hora (20 km/h). La tabla 204.01 nos muestra los valores recomendados por la DG-2013.

Velocidad de diseño = 40km/hr Adicionalmente anexamos la tabla 101.01 de la DG-2001 donde indican algunas características extras que deberían tener las carreteras en función a su velocidad.



3. Longitud de tangente Es la longitud en tramos rectos a lo largo del alineamiento cuyas distancias deberán ser lo suficientemente extensas para cubrir ciertos requisitos donde se puedan efectuar maniobras de emergencias, transiciones de curvas, pero sin llegar a ser demasiado, para que la actividad de manejar sea dinámica para al conductor. Distancia de visibilidad Es la longitud continua hacia adelante de la carretera, que es visible al conductor del vehículo para poder ejecutar con seguridad las diversas maniobras a que se vea obligado o que decida efectuar. En los proyectos se consideran tres distancias de visibilidad:  Visibilidad de parada  Visibilidad de paso o adelantamiento  Visibilidad de cruce con otra vía. 1. Distancia de visibilidad de parada Es la mínima requerida para que se detenga un vehículo que viaja a la velocidad de diseño, antes de que alcance un objetivo inmóvil que se encuentra en su trayectoria de h=0.15m. La distancia de parada sobre una alineación recta de pendiente uniforme, se calcula mediante la siguiente fórmula:

Dónde: Dp V Tp f i +i -i

: Distancia de parada (m). : Velocidad de diseño. : Tiempo de percepción + reacción (s). : Coeficiente de fricción, pavimento húmedo. : Pendiente longitudinal (tanto por uno). : Subidas respecto al sentido de circulación. : Bajadas respecto al sentido de circulación.

El primer término de la formula representa la distancia recorrida durante el tiempo de percepción más reacción (dtp) y el segundo la distancia recorrida durante el frenado hasta la detención (df). Se considera obstáculo aquél de una altura => a 0,15 m, con relación a los ojos de un conductor que está a 1,07 m sobre la rasante de circulación. Esta distancia sobre todo en curvas donde el conductor mientras conduce se cruce con un objeto de 0.15m de altura y tenga la distancia suficiente para reacción, aplicar los frenos o realizar maniobras para esquivar dicho obstáculo, en función a la velocidad de diseño. Las distancias de visibilidad no son exclusivas del alineamiento horizontal sino que también se debe considerar estas distancias usando los sobre anchos, haciendo cortes en talud con banquetas tales que no solo se pueda ver la calzada sino toda el área de la curva, a continuación se muestra una imagen de visibilidad de parada en planta y sección.



Visibilidad en curva

Otra forma de elegir la distancia de visibilidad de parada es mediante el Abaco que lo encontramos en la DG-2001, página 126.





2. Distancia de visibilidad de paso o adelantamiento Es la mínima que debe estar disponible, a fin de facultar al conductor del vehículo a sobrepasar a otro que viaja a una velocidad menor, con comodidad y seguridad, sin causar alteración en la velocidad de un tercer vehículo que viaja en sentido contrario y que se hace visible cuando se ha iniciado la maniobra de sobrepaso. Dichas condiciones de comodidad y seguridad, se dan cuando la diferencia de velocidad entre los vehículos que se desplazan en el mismo sentido es de 15 km/h y el vehículo que viaja en sentido contrario transita a la velocidad de diseño. La distancia de visibilidad de adelantamiento debe considerarse únicamente para las carreteras de dos carriles con tránsito en las dos direcciones, donde el adelantamiento se realiza en el carril del sentido opuesto.

Donde Da: Distancia de adelantamiento en mts. D1: Distancia recorrida durante el tiempo de percepción y reacción en mts. D2: Distancia recorrida por el vehículo que adelante durante el tiempo desde que invade el carril de sentido contrario hasta que regresa a su carril en mts. D3: Distancia de seguridad, una vez terminada la maniobra, entre el vehículo que adelanta y vehículo que viene en sentido contrario, en mts. D4: Distancia recorrida por el vehículo que viene en sentido contrario (estimada en 2/3 de D2) en mts.



CONSIDERACIONES DE DISEÑO EN PLANTA Algunos aspectos a considerar en el diseño en planta: Deben evitarse tramos con alineamientos rectos demasiado largos. Tales tramos son monótonos durante el día, y en la noche aumenta el peligro de deslumbramiento de las luces del vehículo que avanza en sentido opuesto. Es preferible reemplazar grandes alineamientos, por curvas de grandes radios. 3. TRAMOS EN TANGENTE Las longitudes mínimas admisibles y máximas deseables de los tramos en tangente, en función a la velocidad de diseño, serán las indicadas en la siguiente formula y tabla: FORMULAS L min.s : 1,39 V L min.o : 2,78 V L máx : 16,70 V Donde: L min.s

: Longitud mínima (m) para trazados en “S” (alineamiento recto entre alineamientos con radios de curvatura de sentido contrario). L min. O : Longitud mínima (m) para el resto de casos (alineamiento recto entre alineamientos con radios de curvatura del mismo sentido). L máx : Longitud máxima deseable (m). V : Velocidad de diseño (km/h)

Estos datos se ingresaran al programa más adelante mediante algoritmos, para que de manera automática haga los chekeos y ver que cumpla con la norma peruana.



4. CURVA CIRCULAR Son los que garantizar un diseño conforme y seguro y cuyos elementos se muestran en el grafico siguiente.



1. Radios mínimos Los radios mínimos de curvatura horizontal son los menores radios que pueden recorrerse con la velocidad de diseño y la tasa máxima de peralte, en condiciones aceptables de seguridad y comodidad, para cuyo cálculo puede utilizarse la siguiente fórmula:

Donde: Rm : Radio Mínimo V : Velocidad de diseño Pmáx : Peralte máximo asociado a V (en tanto por uno). ƒmáx : Coeficiente de fricción transversal máximo asociado a V. El resultado de la aplicación de la indicada formula se aprecia en la tabla 302.02 donde indican valores de fricción transversal, peraltes de diseño, ubicación, topografía y velocidades.

Radio de Diseño: 43.40m – 45.00m Radio Extraordinario curvas de volteo: 10.00m

5. Curvas de vuelta Son aquellas curvas que se proyectan sobre una ladera, en terrenos accidentados, con el propósito de obtener o alcanzar una cota mayor, sin sobrepasar las pendientes máximas, y que no es posible lograr mediante trazados alternativos. Por lo general, las ramas pueden ser alineamientos rectos con sólo una curva de enlace intermedia, y según el desarrollo de la curva de vuelta, dichos alineamientos pueden ser paralelas entre sí, divergentes, etc. En tal sentido, la curva de vuelta quedará definida por dos arcos circulares de radio interior "Ri" y radio exterior "Re".



 

El radio interior de 8 m, representa un mínimo normal. El radio interior de 6 m, representa un mínimo absoluto y sólo podrá ser usado en forma excepcional.

6. EJE DE DISEÑO HORIZONTAL Es el alineamiento ideal sobre el cual gira el diseño de la carretera y todos sus elementos geométricos horizontales. Definiremos su creación mediante el programa Civil3D. a) Diseño del EJE en Civil3D Seleccionamos una polilinea, y realizamos el trazo del eje Preliminar siguiendo el trazo de la carretera actual o si fuera un diseño nuevo seguiremos la línea de gradiente y lo trazamos a criterio. Dejamos los vértices del polígono abierto (PIs) lo suficientemente alejado de la curva para que cuando se diseñe la curva horizontal, con la ayuda de la Externa, el eje caiga en el centro de la calzada.



Ahora que ya tenemos todo el tramo de la carretera con un eje preliminar procedemos a dar las órdenes al software para que podamos editar los elementos de la curva horizontal.    

HOME/ Create Design / Alignment / Create Alignment From Object Click sobre la polilinea/ enter /te pregunta si quieres cambiar el sentido, si quieres cambiarlo le das click en REVERSE, sino lo quieres cambiar le das enter. Asignamos un nombre al EJE y seleccionamos las plantillas GORE. Ordenamos al programa lo siguiente: o Rmin : 45m o Velocidad directriz : 40Km/hr



Al definir el eje aparecerán en él, signos de alerta, lo que indican que las longitudes de curva, de radio y de tangente no están cumpliendo de acuerdo al chekeo que hemos establecido antes para dichos elementos, esta es un forma de controlar que tu diseño cumpla los parámetros de la norma.

b) Edición de curvas Horizontales Ahora verificamos que todas las curvas cumplan los datos mínimos de diseño:   

Seleccionamos el eje/click derecho/Edit Alignment Geometry… Puedes mover directamente en el dibujo los radios y el programa lo recalcula automáticamente o hacerlo de forma manual, así te aseguras de lo que haces. 1ero seleccionamos / luego y seleccionamos una a una las curvas Para poder modificarlas y hacer que cumplan los parámetros de diseño.

Ahora necesitamos el reporte de los elementos geométricos del alineamiento que nos será útil para el replanteo. 

Seleccionamos el alineamiento / Annotate / Add Labels / Multiple Segment / nuevamente seleccionamos el Alineamiento / enter.



Aparece el eje etiquetado con los datos de tangente y curva

c) Cuadro de Elementos Geométricos  Seleccionamos nuevamente el Alineamiento / Annotate / Add Tables / Add Curve / Seleccionamos plantillas GORE y activamos las opciones / ok / y picamos un punto en la pantalla donde queremos que se inserte la tabla de elementos Geométricos.

Debemos agregar el sentido de las curvas y el valor del Sobreancho en el cuadro de elementos geométricos de la siguiente manera:  

SETTINGS/Alignment/Label Style/Curve/Expressions/click derecho/new… NAME: poner Alfa, en la expresión colocamos el algoritmo mediante el botón

Y seleccionamos End Direction, luego digitar – “menos”, click en el botón seleccionar Star Direction ahora digitar + pi “mas pi”. Este es el algoritmo que debe aparecer, o puedes copiarlo directamente desde aquí: {End Direction}-{Start Direction}+pi y ok.



De forma análoga creamos beta:  

SETTINGS/Alignment/Label Style/Curve/Expressions/click derecho/new…NAME: Beta. En la Expresion copiar: IF(Alfa<0,Alfa+2*pi,IF(Alfa>2*pi,Alfa-2*pi,Alfa))

Creamos el sentido de las curvas, haciendo la aclaración que para las curvas a la derecha el símbolo será (1) y para curvas hacia la izquierda el símbolo será (-1) 

SETTINGS/Alignment/Label Style/Curve/Expressions/click derecho/new…NAME: Sentido

En la expresión copiar:

IF(Beta>pi,1,-1)

Para adicionar el sobre ancho, en el cuadro de elementos Geométricos seguimos los pasos: 

SETTINGS/Alignment/Label Style/Curve/Expressions/click derecho/new..NAME: Sobreancho

Expresions:

ROUNDUP(2*(Radius-SQRT(SQR(Radius)-53.29)) +30/10/SQRT(Radius),1)

L = 7.30m (Perú)

Otra aclaración que se hace es que, los cálculos hechos son para una velocidad de diseño de 40 km/h. Para otras velocidades sustituir el número 40 de la fórmula por la velocidad de diseño. Asignamos y actualizamos estos últimos valores de sentido y sobre ancho. Seleccionamos el cuadro de elementos geométricos/click derecho/Edit Table Style…  Adicionamos un casilleros /en el encabezados escribimos sobre ancho: (S.A.)  Debajo, en la caja de dialogo damos click/ubicamos y seleccionamos Sobre Ancho/ajustamos la presicion: 0.01 / /ok.  Lo mismo para el sentido, donde la precisión será: 1; como se ve en la figura.



Una vez Terminado la parte del diseño Horizontal, verificado los radios, las tangentes, etc. Le damos un retoque al cuadro de elementos Geométricos, para una mejor presentación. Copiar el cuadro de elementos de curva, luego a la copia, explotarla dos veces y después seleccionar todos los números de la columna sentido y cambiar -1 por IZQUIERDA Y +1 por DERECHA. (Utilizar el comando FIND)



CAPITULO IV DISEÑO GEOMETRICO EN PERFIL diseño geométrico en perfil o alineamiento vertical, está constituido por una serie de rectas enlazadas por curvas verticales parabólicas, a los cuales dichas rectas son tangentes; en cuyo desarrollo, el sentido de las pendientes se define según el avance del kilometraje, en positivas, aquéllas que implican un aumento de cotas y negativas las que producen una disminución de cotas. RECOMENDACIONES:  En terreno plano, por razones de drenaje, la rasante estará sobre el nivel del terreno.  En terreno ondulado, por razones de economía, en lo posible la rasante seguirá las inflexiones del terreno.  En terreno accidentado, en lo posible la rasante deberá adaptarse al terreno, evitando los tramos en contrapendiente, para evitar alargamientos innecesarios.  En terreno escarpado el perfil estará condicionado por la divisoria de aguas.  Es deseable lograr una rasante compuesta por pendientes moderadas, que presenten variaciones graduales de los lineamientos, compatibles con la categoría de la carretera y la topografía del terreno

1. PENDIENTE a) Pendiente mínima   

Es conveniente proveer una pendiente mínima del orden de 0,5%, a fin de asegurar en todo punto de la calzada un drenaje de las aguas superficiales Si existen bermas, la pendiente mínima deseable será de 0,5% y la mínima excepcional de 0,35%. En zonas de transición de peralte, en que la pendiente transversal se anula, la pendiente mínima deberá ser de 0,5%.

b) Pendiente máxima Se emplearan cuando sea conveniente desde el punto de vista económico con el fin de salvar ciertos obstáculos de carácter local en tramos cortos tal que no se conviertan en longitudes críticas.   

Es conveniente considerar las pendientes máximas que están indicadas en la Tabla 303.01, no obstante, se pueden presentar los siguientes casos particulares: En zonas de altitud superior a los 3.000 msnm, los valores máximos de la Tabla 303.01, se reducirán en 1% para terrenos accidentados o escarpados. En autopistas, las pendientes de bajada podrán superar hasta en un 2% los máximos establecidos en la Tabla 303.01.



2. LONGITUD CRÍTICA Longitud crítica es aquella distancia horizontal máxima en subida sobre la cual un camión cargado pueda operar sin ver reducida su velocidad de marcha en máximo 25Km/hr medida desde el comienzo de la pendiente, necesaria para lograr una altura de 15m respecto al mismo origen.



3. CURVA VERITCAL Los tramos consecutivos de rasante, serán enlazados con curvas verticales parabólicas, cuando la diferencia algebraica “A” de sus pendientes sea mayor del 1%, para carreteras pavimentadas y del 2% para las demás. a) TIPOS DE CURVAS VERTICALES Las curvas verticales se pueden clasificar por su forma como curvas verticales convexas y cóncavas y de acuerdo con la proporción entre sus ramas que las forman como simétricas y asimétricas. b) PARAMETRO DE CURVATURA “K” Dichas curvas verticales parabólicas, son definidas por su parámetro de curvatura K, que equivale a la longitud de la curva en el plano horizontal, en metros, para cada 1% de variación en la pendiente, así: 𝐾=

𝐿𝑐 𝑚 = A %

Donde, K : Parámetro de curvatura Lc : Longitud de la curva vertical A : Valor Absoluto de la diferencia algebraica de las pendientes 𝐴 = [±𝑃1 − (±𝑃2)]





c) LONGITUD DE CURVAS VERTICALES Deberán ser diseñadas adecuadamente considerando las distancias de visibilidad de parada, de adelantamiento en los distintos casos, como ya hemos mencionado antes, tal es asi: Convexas simétricas y asimétricas Cóncavas simétricas y asimétricas

Abaco







4. PERFIL LONGITUDINAL DEL TERRENO Es aquella elevación del eje sobre el terreno natural, el cual describe sus características a nivel de ceros, lista para definir la rasante bajo las pendientes permitidas, máximas, longitudes críticas, etc. a) Diseño de Perfil Longitudinal del Terreno en civil 3d.  Home/Create Design/Profile/Create Surface Profile..  Elegimos el alineamiento/adicionamos la superficie/click en Draw in profile view



GENERAL: debemos ajustar las opciones como se indican en el gráfico.

 

Station range: Siguiente Profile View Height: Ajustamos las ordenes / siguiente



  

Profile Display option: Siguiente Pipe-Pressure Network: siguiente Data Bands: Elegimos SET DE BANDAS GORE



Profile Hatch Options: Click-eamos en cut Area y Fill Area / create Profile View/continue. o Select profile view origin: damos click en la pantalla (MODEL) donde queremos que se dibuje el perfil



PERIL DE TERRENO

5. DISEÑO DE RASANTE Visto los parámetros y recomendaciones de valores límites mínimos y máximos que nos da la Norma Peruana DG-2013 procedemos a darle las ordenes necesarias al programa civil3d para que pueda diseñar la rasante más económica y funcional. RECOMENDACIÓN Debemos tener en cuenta que una buena rasante es aquella que compensa, a lo largo de su trayectoria, las alturas de corte con las de relleno; esto se verá relejado más adelante cuando se haga el análisis en el diagrama de masas y se tenga que ver los movimientos de tierras, los costos de transporte de acarreo libre y sobre acarreo.

a) RASANTE/ CIVIL 3D  

Home/Create Design/Profile/ Profile Creation Tools Click sobre la cuadricula el perfil del terreno/ y le damos las siguiente ordenes





Aparece una paleta esperando a que le des la orden/seleccionamos Draw Tangents/damos click donde queremos que inicie y dibujamos a criterio nuestra rasante, balanceando los cortes y rellenos.

b) Curvas verticales Calcularemos las longitudes de curva vertical mínima con distancias de visibilidad de paso y adelantamiento, la diferencia algebraica de las pendientes para entrar al abaco y su respectivo K. CALCULOS CV1: P1=6.02 (Pendiente de Entrada) P2=8.38 (Pendiente de Salida) Curva: Tipo 4 – cóncava

𝐴 = [+6.02 − (+8.38)] = 2.36

LCV distancia de Parada: 18.6m

LCV distancia de Adelantamiento: 32.2m

Escogemos la mayor longitud entre las dos opciones, por cuestión de seguridad LCVmin=32.2m Lo que NO SIGNIFICA que debemos pegarnos a este valor, viendo el perfil podemos ampliar, recordemos que cuanto más amplia la curva tendremos mejor visibilidad, siempre sin llegar al exceso 𝐾=

32.2 = 13.64𝑚/% 2.36

De forma similar calculamos las LCV para cada vértice ya sean Convexas o cóncavas.





Seleccionamos la rasante/click derecho/Edit Profile Geometry. Esta opción nos da la libertad de dibujar curvas verticales libres con base en el PI, donde podemos colocar nosotros las LCV de acuerdo a lo calculado antes.



el programa nos pide “seleccionar el PI en el cual quiere ingresar la LVC” o Click en la curva 1 o Digitamos la LCV = 50m (más amplio que el mínimo calculado)

Así definimos todas las LCV y de manera automática se etiquetan las curvas, puesto que antes hemos seleccionado las plantillas GORE. Si quisiéramos Ajustar algunos valores de las curvas verticales al igual que en el diseño en planta, seguimos estos pasos:  click en luego que queremos modificar.

y seleccionamos la curva

Otra forma de hacerlo, es moviendo y arrastrando directamente la curva en el dibujo y ésta se recalculará automaticamente.



c) Bandas de Perfil Por ultimo necesitamos que el perfil complete las bandas con datos de Pendiente, Progresivas, Cota Rasante, Cota Terreno, Alturas de corte, Relleno y Alineamiento. Seleccionamos el perfil/click derecho/Profile View Properties… 

BANDS: Para que se active los cortes y rellenos del perfil debemos indicarle al software que perfil es el terreno y cual la rasante: Profile 1 = superficie, Profile 2 = Rasante (aclarando que la pendiente que se quiere en el perfil, es de la rasante y no del terreno)



HATCH: Es el achurado que le da al perfil en las alturas de corte y en las de relleno o Sobre escribimos Cute = CORTE; Fill = RELLENO y ordenamos de la siguiente manera.

Para que exista corte, la rasante debe estar debajo (lower) del terreno (surface) Para que exista Relleno, la rasante debe estar Arriba (upper) del terreno (surface)



Se visualiza el perfil terminado con los Hacth de corte y relleno



CAPITULO V DISEÑO TRANSVERSAL La sección transversal de una carretera en un punto de ésta, es un corte vertical normal al alineamiento horizontal, el cual permite definir la disposición y dimensiones de los elementos que forman la carretera en el punto correspondiente a cada sección y su relación con el terreno natural. De esta manera se podrá fijar la rasante y el ancho de la faja que ocupara la futura carretera y así estimar las áreas y volúmenes de tierra a mover. El elemento más importante de la sección transversal es la zona destinada a la superficie de rodadura o calzada, cuyas dimensiones deben permitir el nivel de servicio previsto en el proyecto, sin perjuicio de la importancia de los otros elementos de la sección transversal, tales como bermas, aceras, cunetas, taludes y elementos complementarios. Para agrupar los tipos de carreteras se acude a normalizar las secciones transversales, teniendo en cuenta la importancia de la vía, el tipo de tránsito, las condiciones del terreno, los materiales por emplear en las diferentes capas de la estructura de pavimento u otros, de tal manera que la sección típica adoptada influye en la capacidad de la carretera, en los costos de adquisición de zonas, en la construcción, mejoramiento, rehabilitación, mantenimiento y en la seguridad de la circulación. A continuación de muestran figuras de las secciones típicas en zonas en tangente y en curva normalizadas por la DG-2013.





ELEMENTOS QUE CONFORMAN LA SECCIÓN TRANSVERSAL 1. DERECHO DE VIA O FAJA DE DOMINIO Es la faja de terreno de ancho variable dentro del cual se encuentra comprendida la carretera, sus obras complementarias, servicios, áreas previstas para futuras obras de ensanche o mejoramiento, y zonas de seguridad para el usuario. La faja del terreno que conforma el Derecho de Vía es un bien de dominio público inalienable e imprescriptible, cuyas definiciones y condiciones de uso se encuentran establecidas en el Reglamento Nacional de Gestión de Infraestructura Vial aprobado con Decreto Supremo Nº 0342008-MTC y sus modificatorias, bajo los siguientes conceptos:

2. CALZADA O SUPERFICIE DE RODADURA Parte de la carretera destinada a la circulación de vehículos compuesta por uno o más carriles, no incluye la berma. La calzada se divide en carriles, los que están destinados a la circulación de una fila de vehículos en un mismo sentido de tránsito. 61 | [email protected]


El número de carriles de cada calzada se fijará de acuerdo con las previsiones y composición del tráfico, acorde al IMDA de diseño, así como del nivel de servicio deseado. Los carriles de adelantamiento, no serán computables para el número de carriles. Los anchos de carril que se usen, serán de 3,00 m, 3,30 m y 3,60 m. Se tendrán en cuenta las siguientes consideraciones: En autopistas: El número mínimo de carriles por calzada será de dos. En carreteras de calzada única: Serán dos carriles por calzada.

Excepcionalmente, en carreteras de tercera clase se podrán utilizar calzadas de hasta 5.00m previa justificación técnica y económica del proyectista.

3. SOBRE ANHO Es el ancho adicional de la superficie de rodadura de la vía, en los tramos en curva para compensar el mayor espacio requerido por los vehículos. El Sobreancho no podrá darse a costa de una disminución del ancho de la berma. En curvas de radio pequeño y mediano, según sea el tipo de vehículos que circulan habitualmente por la carretera, ésta debe tener un Sobreancho con el objeto de asegurar espacios libres adecuados (holguras), entre vehículos que se cruzan en calzadas bidireccionales o que se adelantan en calzadas unidireccionales, y entre los vehículos y los bordes de las calzadas.



Dónde: h1 : holgura entre cada vehículo y el eje demarcado. h2 : holgura entre la cara exterior de los neumáticos de un vehículo y el borde exterior del carril por el que circula (en recta) o de la última rueda de un vehículo simple o articulado y el borde interior de la calzada en curvas. h2ext : holgura entre el extremo exterior del parachoques delantero y el borde exterior de la calzada, h2ext ≈ h2 en recta y h2ext = 0 en curvas ensanchadas. Desarrollo del Sobreancho Con el fin de disponer de un alineamiento continuo en los bordes de la calzada, el sobreancho debe desarrollarse gradualmente a la entrada y salida de las curvas. En el caso de curvas circulares simples, por razones de apariencia, el sobreancho se debe desarrollar linealmente a lo largo del lado interno de la calzada, en la misma longitud utilizada para la transición del peralte.

Dónde: Sa : Sobreancho (m) N : Número de carriles R : Radio (m) L : Distancia entre eje posterior y parte frontal (m) = 7.30m V : Velocidad de diseño (km/h) El primer término, depende de la geometría y el segundo de consideraciones empíricas, que tienen en cuenta un valor adicional para compensar la mayor dificultad, en calcular distancias transversales en curvas. Debe precisarse, que la inclusión de dicho valor adicional, debe ser evaluado y determinado por el diseñador, para aquellas velocidades que este considere bajas para el tramo en diseño.



Tomando como radio mínimo de diseño 45.00m obtenemos del Abaco un sobreancho de Sa = 1.80m Ancho de calzada en Curvas



4. BERMA Franja longitudinal, paralela y adyacente a la calzada o superficie de rodadura de la carretera, que sirve de confinamiento de la capa de rodadura y se utiliza como zona de seguridad para estacionamiento de vehículos o para maniobras en casos de emergencia. Otros usos típicos son para la circulación de los peatones, ciclistas, acémilas en zona rurales, etc. En los tramos en tangentes, las bermas tendrán una pendiente de 4% hacia el exterior de la plataforma. La berma situada en el lado inferior del peralte, seguirá la inclinación de éste cuando su valor sea superior a 4%. En caso contrario, la inclinación de la berma será igual al 4%. La berma situada en la parte superior del peralte, tendrá en lo posible, una inclinación en sentido contrario al peralte igual a 4%, de modo que escurra hacia la cuneta. INCLINACIÓN TRANSVERSAL DE LAS BERMAS





5. Bombeo En tramos en tangente o en curvas en contraperalte, las calzadas deben tener una inclinación transversal mínima denominada bombeo, con la finalidad de evacuar las aguas superficiales. El bombeo depende del tipo de superficie de rodadura y de los niveles de precipitación de la zona.

DATO: En Mollepata el clima es cálido y templado, hay precipitaciones durante todo el año. Hasta el mes más seco aún tiene mucha lluvia. La temperatura media anual en Mollepata se encuentra a 14.5 °C. La precipitación es de 1005 mm al año.



6. Peralte Inclinación transversal de la carretera en los tramos de curva, destinada a contrarrestar la fuerza centrífuga del vehículo, y que por criterios de seguridad ante el deslizamiento se utiliza la siguiente formula.

Donde: p : Peralte máximo asociado a V V : Velocidad de diseño (km/h) R : Radio mínimo absoluto (m) F : Coeficiente de fricción lateral máximo asociado a V Es recomendable y justificado utilizar radios superiores al mínimo, con peraltes inferiores al máximo, por resultar más cómodos tanto para los vehículos lentos (disminuyendo la incidencia de f negativo), como para vehículos rápidos (que necesitan menores f). 

El peralte mínimo será del 2%

a) Transición del bombeo al peralte En el alineamiento horizontal, al pasar de una sección en tangente a otra en curva, se requiere cambiar la pendiente de la calzada, desde el bombeo hasta el peralte correspondiente a la curva; este cambio se hace gradualmente a lo largo de la longitud de la Curva de Transición. Cuando no exista Curva de Transición, se desarrolla una parte en la tangente y otra en la curva.



(*) Las situaciones mínima y máxima, se permiten en aquellos casos en que por la proximidad de dos curvas, existe dificultad para cumplir con algunas de las condicionantes del desarrollo del peralte. En curvas de corta longitud o escaso desarrollo, se deberá verificar que el peralte total requerido se mantenga en una longitud al menos igual a V/3,6, expresado en metros (m).

7. Taludes El talud es la inclinación de diseño dada al terreno lateral de la carretera, tanto en zonas de corte como en terraplenes. Dicha inclinación es la tangente del ángulo formado por el plano de la superficie del terreno y la línea teórica horizontal. Los taludes para las secciones en corte, variarán de acuerdo a las características geomecánicas del terreno; su altura, inclinación y otros detalles de diseño o tratamiento, se determinarán en función al estudio de mecánica de suelos o geológicos correspondientes, condiciones de drenaje superficial y subterráneo, según sea el caso, con la finalidad de determinar las condiciones de su estabilidad, aspecto que debe contemplarse en forma prioritaria durante el diseño del proyecto, especialmente en las zonas que presenten fallas geológicas o materiales inestables, para optar por la solución más conveniente, entre diversas alternativas. La Figura 304.07 ilustra una sección transversal típica en tangente a media ladera, que permite observar hacia el lado derecho, el talud de corte y hacia el lado izquierdo, el talud del terraplén.



.



El cambio de un talud a otro debe realizarse mediante una transición la cual por lo general se denomina alabeo. En las transiciones de cortes de más de 4,00 m de altura a terraplén, o viceversa, los taludes de uno y otro deberán tenderse, a partir de que la altura se reduzca a 2,00 m, en tanto que la longitud de alabeo no debe ser menor a 10,00 m. Si la transición es de un talud a otro de la misma naturaleza, pero con inclinación distinta, el alabeo se dará en un mínimo de 10,00 m. La parte superior de los taludes de corte, se deberá redondear para mejorar la apariencia de sus bordes.

8. Cunetas Son canales construidos lateralmente a lo largo de la carretera, con el propósito de conducir los escurrimientos superficiales y sub-superficiales, procedentes de la plataforma vial, taludes y áreas adyacentes, a fin de proteger la estructura del pavimento. La sección transversal puede ser triangular, trapezoidal, rectangular o de otra geometría que se adapte mejor a la sección transversal de la vía y que prevea la seguridad vial; revestidas o sin revestir; abiertas o cerradas, de acuerdo a los requerimientos del proyecto; en zonas urbanas o donde exista limitaciones de espacio, las cunetas cerradas pueden ser diseñadas formando parte de la berma. Las dimensiones de las cunetas se deducen a partir de cálculos hidráulicos, teniendo en cuenta su pendiente longitudinal, intensidad de precipitaciones pluviales, área de drenaje y naturaleza del terreno, entre otros.



Los elementos constitutivos de una cuneta son su talud interior, su fondo y su talud exterior. Este último, por lo general coincide con el talud de corte. Las pendientes longitudinales mínimas absolutas serán 0,2%, para cunetas revestidas y 0,5% para cunetas sin revestir. Se limitará la longitud de las cunetas, conduciéndolas hacia los cauces naturales del terreno, obras de drenaje transversal o proyectando desagües donde no existan. Pueden ser: Cuneta de Coronación, se colocan en la parte más alta del corte para evitar erosión del talud, intercepta escorrentía de laderas circundantes y aliviar el caudal de la cuneta principal. Cuneta de coronación de terraplén, cumple la misma función anterior evitando desmoronamiento. Cuneta a pie de terraplén, evita la erosión de la base del mismo



9. Movimiento de Tierras En las diversas operaciones constructivas los materiales experimentan cambios de volumen que deberán ser considerados para la programación y el presupuesto de obra, es por eso que se hace necesario conocer las características físico-mecánicas del suelo, principalmente su densidad. El coeficiente de Variabilidad Volumétrica C.V.V. se hace útil cuando se necesita saber los volúmenes de material a mover de un lugar a otro y su utilización. Estos volúmenes están claramente afectados por el coeficiente de abundamiento, que es el cambio que sufre el suelo al ser movido de su estado natural para ser transportado a un botadero o a un terraplén, donde el porcentaje de vacíos se incrementa, generando un mayor volumen. Otra afectación que sufre el suelo es la reducción de su volumen a través de diferentes grados de compactación al formar parte del terraplén, donde se ve reducidos su porcentaje de vacíos, cuyo coeficiente de compactación, reduce su volumen según sea el tipo de obra en el que se utilice el material.

Abundamiento

Reducción

Estos valores serán útiles al momento de dibujar el diagrama de masas, para saber qué cantidad de material “X” se mueve después del corte y que cantidad se necesita para compactar un terraplén. Estos coeficientes se indican a continuación en la siguiente tabla:



Diagrama de Masas Al diseñar un camino no basta ajustarse a las especificaciones sobre pendientes, curvas verticales, taludes, etc., para obtener un resultado satisfactorio, sino que también es igualmente importante conseguir la mayor economía posible en el movimiento de tierras. Esta economía se consigue excavando y rellenando solamente lo indispensable y acarreando los materiales la menor distancia posible. Este estudio de las cantidades de excavación y de relleno, su compensación y movimiento, se lleva a cabo mediante un diagrama llamado Curva Masa o Diagrama de Masas. El Diagrama de Masas busca el equilibrio para la calidad y economía de los movimientos de tierras, además es un método que indica el sentido del movimiento de los volúmenes excavados, la cantidad y la localización de cada uno de ellos, La curva masa es un diagrama en el cual las ordenadas representan volúmenes acumulados de las terracerías y las abscisas son las progresivas. La línea compensadora, es aquella que se dibuja sobre las ondas del diagrama de masas, en tal

forma que lo corte en dos puntos consecutivos, estos tendrán la misma ordenada y por consecuencia, en el tramo comprendido entre ellos serán iguales los volúmenes de corte y los volúmenes de terraplén, o sea que estos dos puntos son los extremos de un tramo compensado. Los puntos del diagrama de masas donde la pendiente de la rama cambia de signo corresponden a vértices máximos y mínimos de la curva. Ellos coinciden con los puntos en los que en el perfil pasan de corte a relleno o viceversa. Los objetivos principales de la curva masa son los siguientes:  Compensar volúmenes. En términos generales, la línea de compensación que da acarreos mínimos, es aquella que corta el mayor número de veces la curva masa. Cualquier línea horizontal que corte una cima o un columpio de la curva masa, marca los límites de corte y relleno, que se compensan. En el diagrama de masas la gráfica es ascendente en tramos donde, en el perfil, predomina el corte y es descendente cuando en el perfil predomina el relleno.





Fijar el sentido de los movimientos del material: Los cortes que en la curva masa queden arriba de la línea de compensación, se mueven hacia adelante y los cortes que queden debajo de la línea de compensación se mueven hacia atrás. Fijar los límites del acarreo libre. La distancia de acarreo libre es la distancia a la que cada metro cúbico de material puede ser movido sin que se haga, por lo tanto, un pago adicional. Para Perú la distancia de acarreo libre es de 20.0m







Calcular los sobre acarreos. A la distancia que hay del centro de gravedad del corte o préstamo al centro de gravedad del terraplén que se forma con ese material, se le resta la distancia de acarreo libre para tener la distancia media de sobre acarreo y el costeo se obtiene multiplicando el precio del transporte por km/m3. Controlar préstamos y desperdicios.

Donde d-d’: Distancia de acarreo libre c-c’: Distancia de sobre acarreo económico. (Todo el material producto del corte que hay de g-d, servirá para el volumen de relleno de d’-g’) m-g: Material de corte que está muy lejos o es excedente, por lo tanto incrementaría su costo de transporte, ira a botadero. g’-m’: Material de préstamo que se debe buscar de una cantera cercana. 

Planilla de metrados para confeccionar el Diagramad e Masas





Interacción entre el Perfil Longitudinal y Diagrama de Masas.



Análisis de la línea compensadora para obtener la Rasante más económica.





Línea compensadora Auxiliar

Cuando la Compensadora principal, deja ondas por debajo o por encima, es válido generar Líneas Compensadoras Auxiliares para ajustar el movimiento de tierras de esos tramos no compensados, siguiendo la misma lógica y análisis de la compensadora principal .

Diseño transversal en Civil 3D 1. Anchos de calzada y sobre ancho en curvas. 

HOME / Create Design / Alignment / Create offset Alignment / click derecho/elegimos el eje definitivo/ok/ y asignamos los siguientes valores. Al crear el offset, estamos definiendo el ancho de Calzada = 6.60m y carril de 3.30m En la pestaña Add widening criteria podemos crear sobre anchos de 2 formas:  De forma Manual / activamos esto significa que vamos a adicionar el sobre ancho en las curvas de manera muy general a todas para el radio mínimo; Rmin=45.00m = incremento del ancho de calzada o sobe ancho = longitud de transición del sobre ancho



Otra Forma de crear sobre anchos es: Seleccionar las formulas de la Norma Americana AASHTO basado en la clasificación de pesos y dimensiones de los vehículos normalizados para ese país y hacer la semejanza con la clasificación de vehículos en Perú. Para un mejor entendimiento mostraremos los vehículos de ambas normas que se encuentran dentro de la Categoría, Red Vial Secundaria.

MINISTERIO DE TRANSPORTES Y COMUNICACIONES Reglamento Nacional de Vehículos DECRETO SUPREMO Nº 058-2003-MTC



HIGHWAY DESIGN VEHICLE TYPES





La Segunda Forma seria estando en la Pestaña: Widening Criteria activamos y seleccionamos y Specify Widening Through design standards o Widening Method: calculo que utilizara el programa en base a norma AASHTO (AASHTO Metric Table – Vehicle Type SU ) o Widening to apply on(aplicación del Sobre ancho): solo al interior de la curva o Peralte máximo (8%). o Número de carriles (2) o El chekeo de curvas S.



Se visualiza el incremento de calzada en la curva.

2. Seccion típica (Assembly) 

HOME/Assembly/Create Assembly/ Le damos un nombre a la sección típica/ picamos un punto en la pantalla; estas pueden ser: SECC1_MS (material suelto) SECC2_RS (roca suelta) SECC3_RF (roca fija)

Esto para diferentes tipos de material a cortar a lo largo de la carretera. 

HOME/Palettes/… o Tool palletes: Esta opción activa la paleta de posibilidades para poder diseñar calzadas, cunetas, taludes de corte y relleno, banquetas, sardineles, separadores, etc. o Poperties: Es mediante esta opción que nosotros podemos interactuar y dar las ordenes de diseño al programa.



a) Diseño de Pavimento Para el diseño del pavimento se utilizó el método AASHTO para los cálculos de Ejes Equivalentes EAL, El numero Estructural SN y el espesor de las capas del pavimento D1, D2, D3.

De donde los cálculos resultaron:





En la paleta LANES/seleccionamos LaneSuperelevationAOR/Click en el eje / y se dibuja el ensamblaje.



Seleccionamos la calzada y en la Paleta de propiedades ajustamos los siguientes valores de diseño antes calculados y asumidos de fórmulas, tablas y ábacos:



o o o o o o o

Nombre de Carril (Name) = CARRIL DERECHO Lado de Carril (Side) = Derecho (Right) Ancho de Carril (Width) = 3.30m -------------> (calzada 6.60m) Bombeo (Default Slope) = -2.5% Espesor de Carpeta Asfáltica (Pave1 Depth) = 0.05m Base Granular (Base Depth) = 0.20m Sub-Base Granular (Sub-Base Depth) = 0.20m

o

Incremento de Peralte (Use Superelevation) = Borde externo derecho (Rigth Lane Outside)

Seleccionamos LaneSuperelevationAOR/cambiamos el SIDE a LEFT y picamos en el eje de la sección, se dibuja el carril izquierdo y ajustamos los mismos datos, puesto q es simétrico. Teniendo en cuenta que el peralte será Left Lane Outside, como se muestra en la figura.



b) Berma Ahora colocamos las bermas a ambos lados, de forma análoga al caso anterior. 

En la paleta BASIC / BasicShoulder / picamos en la parte superior de la carpeta asfáltica/ y ajustamos valores de espesor y longitud, según cálculos o Ancho de berma = 1.20m (tabla 304.02 DG-2013) Ancho de berma Adoptado = 0.60m (Proyectista)

c) Taludes de Corte, Relleno y Cunetas Aquí debemos dar las indicaciones de los taludes de corte y relleno basados en el tipo de terreno. NOTA Debemos aclarar que, en el programa Civil 3D, las relaciones para las pendientes siempre son: 1 para la vertical y la incógnita será la horizontal (X:1)

CORTE ROCA SUELTA RELLENO

H 1 1

TALUD V 4 1

(1/4)=0.25

CIVIL 3D H V 0.25 1 1 1



Descripción de datos, nombres y detalles que tiene cargado el programa para conocerlos y saber el nombre de cada una de esas partes; esto nos ayuda a asignar los valores correctos al momento de diseñar los taludes y cunetas porque sabremos que estamos diseñando.



En la paleta BASIC / BasicSideSlopeCutDicht / ingresamos todos los datos de diseño como se muestra, para la derecha (Rigth) y cambiando el SIDE para la izquierda (Left)



luego picamos en la esquina superior derecha de la berma del carril derecho para ingresar esas órdenes, cambiamos el side a left y hacemos lo mismo para el lado izquierdo.

De esta forma ya está diseñada y definida la sección típica: Secc1_RS.



3. Corredor Vial Ahora necesitamos crear un corredor vial que soporte la rasante, a la cual le crearemos también una nueva superficie y su respectivo rayado de talud; donde se ensamblará la sección con sus peraltes y sobre anchos atravesando los cortes y rellenos 

HOME/ create design /corridor/ definimos: El nombre, el Eje, la Rasante y la superficie/ ok / aparece la otra venta /aceptar.

Asignamos todos los datos siguientes: 

FICHA PROSPECTOR/Corridor/Corredor/Click derecho/Properties… En la pestaña Parameters / Set all Frequencies / e indicamos las frecuencias de seccionamientos: tangentes C/20m y Curvas C/10m



a) Sobre Ancho en corredor. Daremos la orden para que en el corredor se active la opción de sobre ancho,  Set all Targets/ width or offset targets/ Click donde indica la imagen, seleccionamos el EJE Left-3.30, Add/ ok. Lo mismo para el carril derecho. Cada uno donde le corresponde.

b) Superficie de corredor.  Pestaña Surface: creamos superficie al corredor  Click en luego agregamos DATUM con

/cambiamos el estilo de

Superficie/ el tipo de renderizacion y lo activamos con.

c) Rayado de talud en corredor.  Debemos darle el límite a los taludes, lo que se conoce como rayado de talud (Daylight) “hasta que la proyección toque la luz del día”  Pestaña Boundaries: Click derecho en CORREDOR – (1) / Add Automatically / Daylight/aceptar/aceptar.

Ya tenemos el corredor listo



4. Peralte en Curvas FICHA PROSPECTOR/Alignment/Centerline Alignment/EJE Superelevator / Calculate Superelevation now/

DEFINITIVO/click



Road way Type: Giro de la plataforma para el peralte desde el eje /Next



Lanes : Carril = 3.30m, Bombeo= -2.5% / Next (Carril) (Slope)

 

Shoulder width: Berma=0.60m Shoulder Slope:Pend. De berma = -4%

derecho/Edit

(Berma)



Attainment: definimos el peralte máximo, los porcentajes de desarrollo del peralte en tangente y en curva y si hubiera traslapes, indicamos que lo resuelva automáticamente /finish.



5. Línea de muestreo (Sampling) La línea de muestreo es el seccionamiento virtual del Eje, tanto en tangentes o en curvas y a una distancia perpendicular que este dentro del DDV, esto con la finalidad de obtener datos de áreas y volúmenes. 

HOME/ Profile&Section views / / elegimos el EJE DEFINITVO (no los carriles)/ le damos un nombre: LINEA DE MUESTREO/ok.



Le damos la orden del muestreo por rangos de estacado, en curvas a 10m y en tangente a 20m. /seleccionamos By range of stations…

Y detallamos lo siguiente: 

   

LEFT/RIGTh Swath Width, significa la distancia que tomara de muestra desde el eje hacia los lados. DDV (20.00m) Seccionamiento en tangente=20.0m Seccionamiento en curva=10.0m At Range Star = true, haga sección al inicio del alineamiento. At Range End = true, haga sección al finalizar el alineamiento.



6. Calculo de Volúmenes de tierra a mover y CVV 

ANALYZE/Volumes and Materials/Compute Materials/ EG (superficie- MOLLEPATA), DATUM (corredor).

/ok/y seleccionamos

Sobre escribimos Cute por CORTE y Fill por RELLENO, Ahora ajustamos los valores de Abundamiento o variabilidad volumétrica, Para el ejemplo utilizaremos un Coeficiente de Variabilidad Volumétrica (C.V.V.) en el relleno de 0.85

Lo que nos hace falta ahora es la planilla de metrados o Reporte de los volúmenes de tierra, necesario para el diagrama de masas y sus respectivos costos de operación. 

ANALYZE/Volumes and Materials/Compute Materials/

ok/si.



7. Resultados finales a) Cuadro de Transición de peraltes  MODIFY/Design/Corridor/Launch Pad/Create Super Elevation View/click derecho/eje definitivo/ok / picamos un punto de inserción en la pantalla.

b) Diagrama de masas  ANALYZE/Volumes and Materials/Compute Materials/Mass Haul General: Mass Haul View Style asignamos GORE: Diagrama de masas/next Mass Haul Display Options: Mass Haul line Style, asignamos GORE: Curva masa/next Balancing Option: determinamos la longitud de acarreo libre = 20m y podemos indicarle las progresivas donde se necesita préstamos y desperdicios

 Free Haul Distance: Distancia Libre de Acarre, en Peru es 20.0m  Add Borrow Pit: Determinar desde donde y hasta que progresiva se necesita material de préstamo de cantera.  Add Dump Site: de donde y hasta que progresiva, el material debe llevarse a u botadero ya sea por exceso de corte o propiedades físico-mecanicas deficientes. Click en create diagram/ picamos un punto de inserción en la pantalla



CAPITULO VI IMPRESIÓN DE PLANOS Ahora comenzaremos con la impresión de planos de secciones de planta, perfil longitudinal. y transversales. Secciones Transversales HOME/Profile&Section views/Sections view/create multiple view/



General: Section view style, seleccionamos GORE: estilo de sección/next



Section Placement: ubicamos y cargamos la plantilla para secciones transversales, en Group Plot Style asignamos GORE: Grupo de ploteo

  

Offset Range: Next Elevation Range: Next Section Display Options: Next





Data Bands: seleccionamos set de bandas de secciones / Next



Section View Tables: definimos lo siguiente: o Type: Material o Select table style: Gore Cuadro de áreas o Add/ corte y relleno / aceptar o X offset : 5mm



Create Setion View/ picamos punto de inserción en la pantalla.

1° sección Transversal en Tangente con 3.30m de carril y -2.5% de bombeo

2° Sección Transversal en curva con la transición del peralte y del sobre ancho



1. Ploteo de Planta y Perfil Crearemos los límites de impresión para cada kilometro. 

OUTPUT/Plan Production/ Create view Frame/

Ajustamos los siguientes datos:  

Alignment: Eje Definitivo/ Next Sheets: Plan and profile, ubicamos la plantilla de Planta y Perfil en la computadora y la cargamos/ le indicamos que en la planta muestre 10m antes de la estaca 0+000

  

View Frame Group: Next Macht Lines: en Style asignar GORE: macht line Profile Views: o Profile view style: GORE: Perfil longitudinal o Band Sets: GORE: Set de Bandas de Perfil



Generamos las hojas de impresión por cada kilometro. 

OUTPUT/Plan Production/ Create Sheets/



View Frame Group and Layouts: Ajustamos los siguientes datos/ next

 

Sheets Set: Next Profile View: click en Choose setting/Profile View Wizard

o

o

Profile view Height: designamos las particiones del perfil, como se indica/next

Profile Display Options: damos la orden que se corte el perfil, en función a la rasante y que etiquete las curvas verticales/next



o o



Pipe/Pressure Network: Next Data Bands: Ordenamos la superficie y la rasante para las bandas Profile1= Superficie, Profile2= Rasante

Profile Hatch Options: es el achurado en el perfil al momento de plotear, esta parte es opcional, si deseas las activas o no./next

o 

Multiple Plot Option: Finish

Create Sheets/Aceptar/ picamos punto de inserción en la pantalla.

Entonces se abra generado las hojas de planta y perfil en MODEL y se abra creado un Layout para cada kilómetro.



BONUS Vista en 3D Una vez terminado todo el diseño por completo, necesitamos darle la justificación al nombre del software “CIVIL 3D”, se supone que podemos ver la carretera en 3d, pues si efectivamente se puede y vamos a ver el proyecto en 3 dimensiones (3D).

1. Superficie Final Uniremos la superficie natural de terreno con la del corredor proyectado, están se intersectan y se genera una superficie final en donde aparecen las 2 anteriores fusionadas mostrando la vía ya construida con los cortes y rellenos ejecutados; esta es la imagen que se pretende construir al ejecutar de manera correcta la construcción. 

PROSPECTOR/Surface/click derecho/create surface… e indicamos los datos



Ahora “fusionamos” las superficies: PROSPECTOR/Surface/Superficie Final Mollepata/Edits/Click derecho/Paste Surface/…. Seleccionamos la primera superficie MOLLEPATA. Y luego hacemos lo mismos con el corredor

Ahora debemos desactivar las 2 superficies anteriores: Corredor y Mollepata. 

PROSPECTOR/Surface/“CORREDOR”/click derecho/Surface Properties/ ordenamos que no se muestre la superficie.

Y si nos fijamos la superficie se fusionaron tanto el corredor como el terreno natural



Visualizacion 3D  Nos ubicamos en el menú MODIFY/Design/Corridor//Analyze/Drive/enter



Nos aparece una ventana y necesita que le indiquemos al programa cual es perfil que debe seguir la rueda del vehículo en la vista 3d, el EJE a nivel terreno o a nivel de rasante.



Nos aparece la ventana desde donde podemos modificar: o La velocidad de recorrido visual o Altura del ojo o Altura del neumático o Tipo de renderizacion Click en Play y comienza el recorrido.



¡FELICITACIONES ¡ … Ahora estas en la capacidad de diseñar una Carretera, usando DG-2013 y CIVIL 3D.



RECOMENDACIONES 



Comenzar con los cálculos de distintos valores para cada tramo ya sean de curva horizontal, vertical y demás datos antes de entrar al software. Para esto es bueno tener una hoja de apuntes donde coloquemos estos resultados y al momento de dar las órdenes al programa, sea más dinámico. Tener a la mano en todo momento los valores definidos por la norma DG-2013 para una consulta rápida. Aquí un resumen de algunas tablas utilizadas para este ejemplo. DISEÑO HORIZONTAL o Velocidad directriz – Tabla N° 204.01 DG-2013. o Radios mínimos – Tabla N° 304.03 DG-2013. o Distancia de visibilidad de Parada – Tabla N° 205.01 DG-2013. Abaco Figura N° 205.01 DG-2013 o Distancia de visibilidad de Adelantamiento – Tabla N° 205.03 DG-2013 Abaco Figura N° 205.03 DG-2013 o Tangente mínima – Tabla N° 302.01 DG-2013. o Radios Mínimos y Peraltes máximos– Tabla N° 302.02 DG-2013. o Valores de longitudes de Transición de peraltes– Tabla N° 302.13 DG-2013. o Sobre Ancho Abaco – Figura N° 302.18 DG-2013. DISEÑO EN PERFIL o Pendientes máximas – Tabla N° 303.01 DG-2013. o Longitud de curva Vertical Figura 303.06 DG-2013. CV convexa con Dp. Figura 303.07 DG-2013. CV convexa con Da. Figura 303.08 DG-2013. CV cóncava. o Valores de K – Tabla N° 303.02 DG-2013. DISEÑO TRANSVERSAL o Ancho de Calzada – Tabla N° 304.01 DG-2013. o Anchos de Berma – Tabla N° 304.02 DG-2013. o Bombeos – Tabla N° 304.03 DG-2013. o Peraltes máximos – Tabla N° 304.05 DG-2013. o Proporción de peralte en Tangente – Tabla N° 304.07 DG-2013. o Tangente mínima en curvas del mismo sentido – Tabla N° 304.08 DG-2013. o Derecho de Vía– Tabla N° 304.09 DG-2013. o Taludes de corte – Tabla N° 304.10 DG-2013. o Talud de Relleno – Tabla N° 304.11 DG-2013.



Guardar el archivo con el nombre del sitio donde se está haciendo el estudio del proyecto.



AGRADECIMIENTOS De esta manera terminamos la Guía para el diseño de carreteras usando DG-2013 y civil 3d 2014, siempre agradeciendo a Dios, a mi familia y a quienes depositan su confianza en nosotros, eso nos alienta a seguir aportando “nuestro granito de arena” para con la sociedad.

Lima, Marzo 2015.

Giver Bruss Jonathan Ore Pereyra Bach. Ingeniero Civil 976335383 [email protected] Cualquier consulta escribanos a: [email protected] siguenos en Facebook: GORE ingeniería y Construcción

BIbliogarfia 

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http://www.monografias.com/trabajos96/factores-que-influyen-diseno-geometricocarreteras/factores-que-influyen-diseno-geometrico-carreteras.shtml#ixzz3UaMyjZOh http://es.slideshare.net/freddyramirofloresvega/diseo-de-carreteras-37615234 https://www.wisc-online.com/learn/career-clusters/stem/eng10803/highway-design-vehicle-types http://excel-ingenieria-civil.blogspot.com/


DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERAS.pdf

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