TRAZADO DE LINEA ANTEPRELIMINAR
LIZETH PAOLA SÁNCHEZ TORRES LINA JOHANA MEDRANO ALVAREZ JAIRO ALEJANDRO ORTIZ CUBIDES JAVIER ANDRES MONTAÑEZ ESTÉVEZ JORGE LUIS LLANOS ARIAS VICTOR RAUL GAMBA MORENO
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS TUNJA 2017
1
TRAZADO DE LINEA ANTEPRELIMINAR
GRUPO VT 01 LIZETH PAOLA SÁNCHEZ TORRES
Cód. 201420266
LINA JOHANA MEDRANO ALVAREZ
Cód. 201420289
JAIRO ALEJANDRO ORTIZ CUBIDES
Cód. 201421682
JAVIER ANDRES MONTAÑEZ ESTÉVEZ
Cód.201420166
JORGE LUIS LLANOS ARIAS
Cód. 201420220
VICTOR RAUL GAMBA MORENO
Cód. 201420225
Presentado a: Ing. EDGAR ARNALDO CALDERÓN MALAGÓN Monitor: WILSON GÓMEZ Materia: TRAZADO DE CARRETERAS
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS TUNJA 2017
2
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
Pág.
1. OBJETIVOS .................................................. ........................................................................... ................................................... ............................ 7 1.1
OBJETIVO GENERAL ................................................................... ................................................................................ .............7
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS........................................ .................................................................. ............................... .....7 2. ESPECIFICACIONES DE DISEÑO................................................. ................................................................... .................. 8 2.1 2.2 2.3
TIPO DE CARRETERA ............................................... ......................................................................... ............................... .....8 TIPO DE TERRENO ................................................ .......................................................................... ................................... .........8 VELOCIDAD DE TRAMO .................................................................. ........................................................................... .........8
2.4 2.5 2.6 2.7
VELOCIDADES ESPECÍFICAS (VCH, VETH, VCV, VTV) ......................... .........................9 PENDIENTE MAXIMA Y MINIMA ................................ ......................................................... ............................. .... 12 LONGITUD CRÍTICA DE LA TANGENTE VERTICAL. ............................. ............................. 12 CICLO DE UN PROYECO DE CARRETERA ........................................... ...........................................15
3. SITIO DE ESTUDIO ................................................... ............................................................................. ..................................... ........... 20 4. PROCEDIMIENTO DE CAMPO .................................................. ...................................................................... .................... 21 5. CÁLCULOS ............................................... ........................................................................ ................................................... ............................. ... 25 5.1
CARTERA DE COORDENADAS.................................................. .............................................................. ............25
5.2
CARTERA DE COTAS ................................................ .......................................................................... ............................. ... 30
6. ANALISIS DE RESULTADOS ................................................ ......................................................................... ......................... 34 7. CONCLUSIONES................................................... ............................................................................ ......................................... ................ 35 BIBLIOGRAFIA ................................................ ......................................................................... ................................................... ............................. ... 37 ANEXOS………………………… ANEXOS…………………………………………………… ……………………………………………….…… …………………….……...38 ...38
3
LISTA DE TABLAS
Pág. Tabla 1 valores de diseño de la velocidad de diseño de los tramos homogéneos, en función de la categoría de la carretera y el tipo de terreno ......................................9 Tabla 2. Velocidades específicas de curva horizontal, incluidas las velocidades de tramos. ...................................................................................................................10 Tabla 3. Pendiente media máxima del corredor de ruta en función de la velocidad de Diseño de tramo homogéneo ............................................................................12 Tabla 4. Cartera de coordenadas ..........................................................................25 Tabla 5. Cartera de cotas ......................................................................................30
4
LISTA DE FIGURAS
Pág. Figura 1 . Efecto de las pendientes en los vehículos con relación peso/potencia de 150 kg/hp ............................................................................................................... 14 Figura 2. Efecto de las pendientes en los vehículos con relación peso/potencia de 180 kg/hp ............................................................................................................... 14 Figura 3. Localización sitio de estudio ...................................................................20
5
INTRODUCCIÓN
Un proyecto como la construcción de una vía nueva está sujeto a diferentes factores, como la conexión con vías alternas como complemento de una red vial, los intereses de la población para la facilidad en la movilidad y de igual manera se contemplan componentes como el cuidado al medio ambiente y economía a la hora de la construcción De esta forma se deben tener en cuenta ciertas etapas como lo es la pre -factibilidad, etapa fundamental pues es la que indica si el proyecto es viable o va por buen camino, esto apoyado con información cartográfica y datos históricos de la zona, para poder evaluar posibles rutas que se pueden tener en cuenta a la hora de realizar el proyecto. Este proceso consiste en establecer poligonales, que sirvan aproximadamente de eje de la vía, al mismo tiempo se procede al respectivo trazado de una línea de pendientes controlada según el manual de diseño geométrico, esta con ayuda de equipos de baja precisión y la toma de azimuts con una brújula. Dentro del presente informe se presentará el procedimiento realizado para el trazado de una línea ante preliminar que conecta el restaurante de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia sede central con el cruce de la vía a Moniquirá.
6
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar el trazado de una línea ante-preliminar que cumpla con las especificaciones INVIAS presentadas en el Manual de diseño Geométrico de carreteras para la construcción de una vía nueva empleando alineamientos rectos e instrumentos de baja precisión.
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Realizar previamente el reconocimiento del terreno para posibles corredores de ruta.
Utilizar de manera correcta los instrumentos suministrados para el respectivo trazado de la línea ante-preliminar, como lo son, el nivel abney y la brújula para la orientación respectiva del terreno.
Tomar medidas y materialízalas cada 20 metros para tener un control del proyecto y mayor precisión en el respectivo trazado de la línea.
Calcular coordenadas y cotas necesarias para el respectivo proyecto.
7
2. ESPECIFICACIONES DE DISEÑO 2.1 TIPO DE CARRETERA El tipo de carretera puede ser designado dependiendo de diversas características o variables, que estén a la par con las necesidades e intereses implicadas en el nuevo proyecto. Dado que el proyecto de vía que comienza a trazarse en la Sede Central de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, el tipo de carretera según funcionalidad, se clasificaría como secundaria. Este tipo de carreteras, según el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVIAS, suelen unir cabeceras municipales entre y/o conectar con carreteras primarias. 1
2.2 TIPO DE TERRENO Determinar el tipo de terreno en el cual se piensa realizar un proyecto de vía, depende exclusivamente de la topografía existente en el tramo de estudio 2, es decir que depende exclusivamente de las pendientes tomadas en el trabajo de campo y del criterio tomado respecto a las mismas. En este caso, gracias a la práctica realizada, se designó que el terreno es escarpado, ya que la gran mayoría de las pendientes oscila entre el 8% y el 12% aproximadamente 3.
2.3 VELOCIDAD DE TRAMO Para determinar la velocidad del tramo homogéneo de una carretera con las respectivas condiciones de seguridad, es necesario conocer el tipo de terreno en el cual se piensa desarrollar el proyecto y además el tipo de carretera que se piensa desarrollar. Con ayuda de las especificaciones presentes del Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 2008, respecto a este ítem y a la tabla 1, presentada a continuación; la velocidad de tramo escogida hasta el momento para el proyecto es de 40 km/h con posibilidades de aumentar.
1
INSTITUTO NACIONAL DE VIAS. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras, Bogotá D.C.: El instituto, 2008. P 5. 2 Ibid., p5-6 3 Ibid., p 6.
8
TABLA 1.
VALORES DE DISEÑO DE LA VELOCIDAD DE DISEÑO DE LOS TRAMOS
HOMOGÉNEOS, EN FUNCIÓN DE LA CATEGORÍA DE LA CARRETERA Y EL TIPO DE TERRENO
Fuente:
INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. Bogotá D.C.: El instituto, 2008. 298 p.
2.4 VELOCIDADES ESPECÍFICAS (VCH, VETH, VCV, VTV) Teniendo en cuenta la velocidad de tramo homogéneo y demás componentes y características del proyecto de vía a realizarse, es necesario asignar un valor de velocidad específica a cada uno de los elementos que componen el alineamiento, recalcando que se debe ser asignada siguiendo las especificaciones del Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVIAS 2008, procurando que se pueda circular de la manera más segura y cómoda posible por este proyecto. A continuación se presentan los valores de velocidades específicas del proyecto, asignadas hasta el momento para cada uno de los ítems mencionados y la respectiva justificación de las mismas.
2.4.1 Velocidad específica de curva horizontal (Vch) Para asignar una valor de velocidad específica a la curva horizontal, es necesario tener en cuenta la velocidad de tramo, esto se debe a que su valor no debería ser menor que la velocidad anteriormente nombrada ni mayor a esta en 20 km/h, así
9
mismo, si se diera el caso, depende también de la longitud del segmento recto anterior y de la velocidad de curva horizontal anterior 4. Según las especificaciones del Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVIAS 2008 esto puede variar dadas diversas circunstancias (Deflexión de la curva, longitud del tramo recto anterior, etc) y por ello hay cinco (5) diferentes casos en los cuales se mostraría un valor para la velocidad que podría ser asignado. En la tabla 2, se muestran estos casos:
TABLA 2.
VELOCIDADES ESPECÍFICAS DE CURVA HORIZONTAL , INCLUIDAS LAS
VELOCIDADES DE TRAMOS .
Fuente:
INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. Bogotá D.C.: El instituto, 2008. 298 p.
Dadas las circunstancias de desconocimiento de longitudes de segmentos rectos fijos y deflexiones de curvas para el proyecto, por el momento se asignó una velocidad específica de curva horizontal correspondiente al mismo valor de la velocidad de tramo, que en este caso sería de 40 km/h. para una asignación definitiva, sería necesario seguir diversos pasos (también señalados en el Manual de Diseño Geométrico) y con el diseño preliminar del eje en planta, entre otros.
4
INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. Bogotá D.C.: El instituto, 2008. P 40.
10
2.4.2 Velocidad en la entre tangencia horizontal (Veth) De acuerdo al Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVIAS 2008, para la asignación de la velocidad en la entre tangencia horizontal, es necesario conocer o estimar una velocidad promedio con la que los vehículos puedan llegar a circular por el proyecto.5 Así mismo, también es necesario tener en cuenta la distancia de visibilidad de adelantamiento y las curvas verticales que puedan que puedan estar presentes en este tramo. Dadas esas condiciones y por ende, el desconocimiento momentáneo de estas circunstancias, se asigna una velocidad especifica entre tangencia horizontal igual a la velocidad del tramo del proyecto, que bien vendría a ser 40 km/h.
2.4.3 Velocidad especifica de la curva vertical (Vcv) La velocidad específica de una curva vertical bien sea cóncava o convexa, puede ser asignada teniendo en cuenta las entre tangencias cercanas a esta, la posible curva vertical con la que pueda coincidir y debería asignársele la misma velocidad que esta posea o bien, con la distancia de visibilidad de parada calculada. 6 Por todo lo anterior, la velocidad específica colocada momentáneamente será la misma velocidad del ramo, que corresponde a 50km/h.
2.4.4 Velocidad especifica de la tangente vertical (Vtv) De acuerdo al Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVIAS 2008, es necesario que este elemento geométrico, comparte su respectiva velocidad con la entre tangencia horizontal, dado a que el diseño vertical debe estar adaptado de la mejor manera posible al horizontal. Por ende se mantendrá con una velocidad momentánea de 40 km/h.
5
INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. Bogotá D.C.: El instituto, 2008. P 46. 6 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. Bogotá D.C.: El instituto, 2008. P 47.
11
2.5 PENDIENTE MAXIMA Y MINIMA 2.5.1 Pendiente mínima Según las recomendaciones y especificaciones presentes en el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVIAS 2008 respecto al valor de la pendiente mínima, se debe tener en cuenta un criterio de drenaje que debería ser de 0,5%
2.5.2 Pendiente máxima Esta está asociada a la velocidad de diseño del tramo, puesto que la vía que se va a trazar es de categoría secundaria, está en un tipo de terreno ondulado y la Vtr: 40 km/h, entonces, de acuerdo con la tabla 3, se obtiene el 7%.
TABLA 3. PENDIENTE
MEDIA MÁXIMA DEL CORREDOR DE RUTA EN FUNCIÓN DE LA
VELOCIDAD DE DISEÑO DE TRAMO HOMOGÉNEO
Fuente:
INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. Bogotá D.C.: El instituto, 2008. 298 p.
2.6 LONGITUD CRÍTICA DE LA TANGENTE VERTICAL. El diseño del eje en perfil de la carretera debe considerar la longitud máxima de la tangente vertical. Este criterio debe ser aplicado en el desarrollo de la Fase 1, cuando se realiza el trazado de la línea pendiente, ya que es fundamental dejar habilitado el corredor para que sea congruente con la pendiente máxima y la longitud crítica de las tangentes verticales. La longitud crítica de la tangente vertical se define como la máxima longitud en ascenso sobre la cual un camión puede operar sin ver reducida su velocidad por 12
debajo de un valor prefijado. Para establecer éstos parámetros es necesario considerar los siguientes aspectos:
Relación peso/potencia del vehículo pesado de diseño.
Velocidad media de operación de los vehículos pesados en tramos a nivel de la carretera que se diseña.
La velocidad media de operación de los vehículos pesados se estima con base en los resultados del estudio de tránsito y de la geometría de la vía.
Pérdida aceptable de velocidad de los vehículos pesados en la tangente vertical.
Se considera que la Longitud crítica de la tangente vertical es aquella en la que el vehículo pesado seleccionado para el diseño sufre una reducción en su velocidad de veinticinco kilómetros por hora (25 km/h) con respecto a su velocidad media de operación en tramos a nivel de la carretera que se diseña. El parque de vehículos de carga que circula por las carreteras colombianas, presenta en la práctica, unas características de operación que, en promedio, se pueden asimilar a las siguientes relaciones Peso/potencia:
Camiones de chasis rígido (Categoría 2 y Categoría 3): 150 kg/HP.
Camiones articulados (Categoría 3S2 y Categoría 3S3): 180 kg/HP.
En las siguientes figuras se presentan las curvas de pérdida de velocidad en función de la pendiente de la tangente vertical para los vehículos con las relaciones Peso/potencia arriba mencionadas. Con dichas curvas es posible determinar la distancia en la que un vehículo que inicia el recorrido de una tangente vertical pierde veinticinco kilómetros por hora (25 km/h) respecto a su velocidad media de operación en tramos a nivel de la carretera que se diseña. Tal distancia, como ya se manifestó, corresponde a la Longitud crítica.
13
FIGURA 1 . EFECTO DE LAS PENDIENTES EN LOS VEHÍCULOS CON RELACIÓN PESO /POTENCIA DE 150 KG /HP
Fuente: INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. Bogotá D.C.: El instituto, 2008. 298 p. Figura 2. EFECTO DE LAS PENDIENTES EN LOS VEHÍCULOS CON RELACIÓN PESO/POTENCIA DE 180 KG/HP
Fuente: INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. Bogotá D.C.: El instituto, 2008. 298 p.
14
2.7 CICLO DE UN PROYECO DE CARRETERA Dependiendo del tipo de proyecto a ejecutar el ciclo de este puede variar y tener alcances diferentes. El proyecto inicia cuando se reconoce o identifica la necesidad de comunicación de dos puntos o zonas y finaliza cuando se logra satisfacer dicha necesidad alcanzando los objetivos propuestos. Se presentan entonces tres etapas: pre inversión, inversión, operacional y evaluación expost.
2.7.1 Etapa de Pre inversión. Es la etapa donde se debe tomar la decisión de realizar o no el proyecto. Se requiere entonces de obtener toda la información técnica, financiera, ambiental y económica. Además se deben estimar cantidades de obra y adelantar los anteproyectos necesarios con el fin de determinar cual es la mejor alternativa. A partir de plantear la necesidad del proyecto se presentan tres estudios o sube tapas que son:
2.7.2 Perfil del proyecto. Se tiene identificado la necesidad o el problema pero también las acciones para solucionarlo. En este se debe reunir la información básica e indispensable como los aspectos ambientales, beneficiarios, financiación, costo estimado a partir de proyectos similares y demanda por el proyecto. Se plantean las posibles alternativas y se evalúa para cada una de ellas la relación beneficio costo de forma preliminar, el diagnóstico ambiental y aspectos técnicos (geotecnia, geología, topografía, hidrografía, etc.) pero de una forma muy general. A partir de esta evaluación se pueden descartar algunas alternativas y decidir cuales merecen un estudio más a fondo.
2.7.3 Estudio de pre factibilidad (fase I) Se adelanta en esta etapa el descarte de alternativas y el análisis más detallado de una o más. Inicialmente se realiza un estudio económico preliminar y se le da una 15
orientación a los aspectos técnicos, ambientales y financieros. Los estudios técnicos se realizan a partir de información existente como fotografías aéreas, mapas, levantamientos topográficos, mapas geológicos, etc. Se realiza por lo tanto el mínimo de trabajos de campo. Con la información técnica recopilada y analizada se obtienen para cada alternativa la relación beneficio costo, se comparan entre sí teniendo como referencia la alternativa de no hacer nada. Se obtienen indicadores económicos tales como Valor Presente Neto, Tasa Interna de Retorno, Tasa única de Retorno, con sus correspondientes análisis de sensibilidad. Con los resultados obtenidos se selecciona la mejor alternativa, o las dos mejores si se justifica para adelantar luego el estudio de factibilidad. Todo proyecto de carreteras debe tener estudio de pre factibilidad ya que con la información obtenida en este se puede decidir tomar alguna de las siguientes opciones: • Descartar el proyecto: significa que de acuerdo a los anális is y estudios realizados
el proyecto no es viable desde el punto de vista técnico y/o económico. • Adelantar el estudio de factibilidad ya que aún quedan dudas sobre la viabilidad
del proyecto y se desea refinar más los estudios para garantizar que se toma la mejor decisión. • Realizar los estudios definitivos, es decir pasar a la etapa de inversión sin
necesidad de llevar a cabo los estudios de factibilidad.
2.7.4 Estudio de factibilidad (fase II) El estudio de factibilidad se encarga de estudiar más a fondo la alternativa seleccionada en la pre factibilidad. Se reduce entonces las dudas o incertidumbre que se tengan con respecto al proyecto y se toman las decisiones más convenientes para este y la comunidad que se va a beneficiar. Los estudios técnicos tienen un mayor alcance llevando a cabo ciertos trabajos de campo que complementan la información obtenida en los planos y mapas topográficos. Se debe realizar completamente el estudio de tránsito de manera que se tengan los volúmenes esperados a lo largo de la vida útil de la vía. En general, se afinan los estudios
16
financieros, económicos y ambientales que permitan determinar la completa viabilidad del proyecto y su costo aproximado. Alcances de los estudios de pre inversión Dependiendo si se llega o no al estudio de factibilidad, los alcances pueden variar en la etapa de pre inversión. Por lo tanto cuando se llega a esta instancia el contenido mínimo de los estudios de pre inversión de un proyecto de carretera es el siguiente: • Localización geográfica del proyecto • Descripción de la zona de influencia del proyecto • Aspectos técnicos del proyecto.
- Topografía - Geología y geotecnia - Estudio de Tránsito - Climatología - Aspectos hidrológicos e hidráulicos - Criterios de diseño - Planteamiento de alternativas - Planos en planta y perfil sobre cartografía existente de cada alternativa - Secciones transversales - Esquemas de obras de drenaje y estructuras • Programa para la ejecución del proyecto (debe comprender todas las actividades
de la etapa de inversión del proyecto) • Costo e inversiones del proyecto. Se debe considerar:
- Costo de los estudios de los estudios técnicos definitivos o detallados. - Costos de construcción - Costos de derechos de vía - Costos de administración del proyecto. - Costos de mantenimiento
17
- Costos de operación y de explotación - Financiación del proyecto - Flujo de caja del proyecto - Estudio comparativo de soluciones alternativas • Evaluación técnica • Evaluación económica y soc ial • Evaluación ambiental (debe contemplar el diagnóstico ambiental de soluciones
alternativas) • Conclusiones
2.7.5 Etapa de inversión Llamada también etapa de ejecución, se debe de iniciar con la elaboración de los estudios técnicos definitivos, llamados Fase III. Comprende principalmente las siguientes actividades: • Conformación de la Gerencia del Proyecto. • Ejecución de los estudios técnicos definitivos, con elaboración de planos
detallados para la construcción de las obras, y con un grado de exactitud de las cuantificaciones de 90 a 100%. La escala mínima para presentación de planos Planta – Perfil es de 1:2000. Se deben seguir las recomendaciones técnicos descritas en los estudios de pre inversión. • Gestiones requeridas para la obtención de los re cursos financieros previstos para
el proyecto durante la pre inversión.
Preparación de los pliegos de condiciones para la licitación de la construcción de las obras, estudio de propuestas y adjudicación de contratos.
Construcción de las obras.
Interventoría de la construcción de las obras.
Presentación y entrega del proyecto construido a la entidad que se encargará de su operación y mantenimiento.
18
2.7.6 Etapa Operacional Se inicia en el momento en que se da tránsito a los vehículos. El mantenimiento y conservación de la carretera, tanto rutinaria como periódica, corresponde al dueño del proyecto (nación, departamento, municipio) o al concesionario del mismo. Cuando se trata de un proyecto por concesión la etapa de operación es simultánea con la etapa de inversión. Por esta razón cuando se trata del mejoramiento de una vía existente el cobro del peaje se inicia desde el mismo momento en que se da comienzo a la construcción del proyecto.
2.7.7 Evaluación Expost De modo que la operación del proyecto sea la más adecuada se debe realizar un seguimiento y adelantar una evaluación de los resultados de este. La finalidad de esta evaluación es obtener una operación eficiente identificando y corrigiendo los diferentes problemas que se presenten. Se pretende además que con esta evaluación se determinen las causas de éxito o fracaso con el fin de tomarlas como experiencias para futuros proyectos.
19
3. SITIO DE ESTUDIO FIGURA 3. LOCALIZACIÓN SITIO DE ESTUDIO
Fuente: Tomado y editado desde Google Earth La zona de estudio en la que se pretende realizar el actual proyecto del trazado de la vía, se localiza dentro del campus de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, sede Tunja, teniendo como inicio de proyecto el restaurante universitario y como fin la salida para Moniquirá. La vía que se pretende realizar intersecta dos vías, una que conecta el barrio los Rosales con la Universidad y otra localizada cerca en los laboratorios nuevos. El terreno presente en esta zona tiene características topográficas montañosas y onduladas; esta área cuenta con instalaciones de carácter educativo, como lo son el edificio de ingeniería, la estación meteorológica IDEAM UPTC, el restaurante estudiantil, el antiguo edificio de laboratorios y el actual.
20
PROCEDIMIENTO DE CAMPO 3.1 EQUIPOS UTILIZADOS Los equipos utilizados para la práctica fueron:
Equipo de Georreferenciación:
¡ Fuente: Imagen extraida de http://www.topotienda.com/HIPER Este equipo se utiliza en la primera parte de la práctica de campo para la asignación de los puntos primarios de control y sus respectivas referencias con unas coordenadas previamente conocidas. Generalmente este equipo se compone de Base de control, Rover y accesorios.
Nivel de mano Abney:
Fuente: Imagen extraída de http://www.mertind.com/productos/ingenieria/accesorios/clinometros/abney.
21
Este equipo fue utilizado para determinar desniveles horizontalizar la cinta, medir ángulos verticales y pendientes, calcular alturas y lanzar visuales con una pendiente dada. Este equipo es considerado de baja precisión debido a que se pueden cometer errores humanos al momento de medir pendientes.
Brújula magnética:
Fuente: Imagen extraída de http://topografiaorgg.blogspot.com.co/2013/11/la-brujula.html Este equipo nos ayuda para orientar la norte magnética durante el levantamiento, así mismo para la toma de lecturas de azimuts al alinear los jalones.
Cinta métrica:
Fuente: Imagen extraída de http://articulo.mercadolibre.com.mx 22
Esta herramienta se utilizó en campo para la toma de mediciones de distancias longitudinales de un punto a otro. También utilizamos herramientas complementarias como
(plomadas, jalones,
machete, maceta, estacas).
3.2 PROCEDIMIENTO Para el desarrollo del trazado de la línea ante preliminar en campo se siguió el siguiente procedimiento:
Ubicación en el terreno de los puntos de inicio del proyecto (BOP) y final del proyecto (EOP): se trasladaron las coordenadas de los puntos de inicio (BOP), fin del proyecto (EOP) y puntos de referencia a partir de un punto de coordenadas conocido (BM), mediante el GPS de precisión.
Reconocimiento y exploración del terreno: con el fin de observar su topografía para determinar la posible ruta de trazado de la línea de ceros, por medio de la utilización de cartografía existente de la zona, con ayuda de Google Earth y AutoCad Civil, asi estudiar las posibles rutas de la línea de ceros; además se hizo un reconocimiento en campo con fin de verificar el trazado de la línea de ceros de acuerdo con la topografía, edificaciones u otros detalles existentes que pudiesen interferir en el trazado.
Determinación de las especificaciones de diseño: en las cuales se evaluaron la velocidad del tramo, velocidad específica y la pendiente máxima, de acuerdo con la topografía del terreno y el tipo de la vía a trazar.
Trazado ante preliminar:
Después de seleccionar la mejor ruta, se procedió a trazar la línea de pendiente en campo por de los jalones marcados a una altura fija, y con el nivel Abney, se tomaron las lectura de la pendiente, medida en grados,
23
tratando que esta fuera menor o igual al pendiente máxima estipulada en el proyecto.
se midió la distancia entre los jalones y se abscisa con estacas debidamente marcadas en los puntos
Se determinó el azimut de cada alineamiento con la brújula magnética.
En el modelo de cartera se anotaron los datos de las abscisas, la longitud de los tramos, los azimuts determinados con ayuda de la brújula y las pendientes determinadas a lo largo de la línea.
Además se tomaba la ubicación de los detalles presentes se anotaban en cartera
24
4. CÁLCULOS 4.1 CARTERA DE COORDENADAS TABLA 4. CARTERA DE COORDENADAS Punto
Dis t. (m)
Abscisa
Ref 1
Azimut º ´ "
PROYECCIONES N(+) S (-)
E(+) O(-)
COORDENADAS NORTE
ESTE
1105760.599
1080154.387
170°00'00''
BOP
k0+ 0.000
325°00'00''
k0+ 20.000
323°00'00''
15.973
-12.036
1105776.572
1080142.351
k0+ 40.000
324°00'00''
16.180
-11.756
1105792.752
1080130.595
k0+ 59.000
325°00'00''
15.564
-10.898
1105808.316
1080119.697
k0+ 79.000
324°00'00''
16.180
-11.756
1105824.496
1080107.941
k0+ 99.000
323°00'00''
15.973
-12.036
1105840.469
1080095.905
k0+ 119.000
325°00'00''
16.383
-11.472
1105856.852
1080084.433
k0+ 139.000
324°00'00''
16.180
-11.776
1105873.032
1080072.657
k0+ 159.000
323°00'00''
15.973
-12.036
1105889.005
1080060.621
k0+ 179.000
312°00'00''
13.383
-14.863
1105902.388
1080045.758
k0+ 199.000
314°00'00''
13.893
-14.387
1105916.281
1080031.371
k0+ 210.750
313°00'00''
8.013
-8.593
1105924.294
1080022.778
k0+ 230.750
311°00'00''
13.121
-15.094
1105937.415
1080007.684
k0+ 252.100
313°00'00''
14.560
-15.614
1105951.975
1079992.070
k0+ 272.100
310°00'00''
12.856
-15.321
1105964.831
1079976.749
k0+ 290.720
312°00'00''
12.459
-13.837
1105977.290
1079962.912
k0+ 320.720
339°00'00''
28.007
-10.751
1106005.297
1079952.161
k0+ 340.720
337°00'00''
18.410
-7.815
1106023.707
1079944.346
k0+ 360.720
336°00'00''
18.271
-8.135
1106041.978
1079936.211
k0+ 380.720
335°00'00''
18.126
-8.452
1106060.104
1079927.759
k0+ 403.220
337°00'00''
20.711
-8.791
1106080.815
1079918.968
k0+ 413.220
339°00'00''
9.336
-3.584
1106090.151
1079915.384
k0+ 425.880
338°00'00''
11.738
-4.743
1106101.889
1079910.641
20.000 1 20.000 2 19.000 3 20.000 4 20.000 5 20.000 6 20.000 7 20.000 8 20.000 9 20.000 10 11.750 11 20.000 12 21.350 13 20.000 14 18.620 15 30.000 16 20.000 17 20.000 18 20.000 19 22.500 20 10.000 21 12.660 22
25
Continuación TABLA No 4: CARTERA ANTEPRELIMINAR 9.100 23
k0+ 434.980
58°00'00''
4.687
7.800
1106106.576
1079918.441
k0+ 450.580
57°00'00''
8.267
13.230
1106114.843
1079931.671
k0+ 466.480
54°00'00''
9.120
13.025
1106123.963
1079944.696
k0+ 494.330
55°00'00''
15.574
23.089
1106139.537
1079967.785
k0+ 510.420
56°00'00''
8.763
13.494
1106148.300
1079981.279
k0+ 523.830
352°00'00''
13.294
-1.866
1106161.594
1079979.413
k0+ 539.830
353°00'00''
15.881
-1.950
1106177.475
1079977.463
k0+ 573.200
354°00'00''
33.187
-7.488
1106210.662
1079969.975
k0+ 581.310
62°00'00''
3.807
7.161
1106214.469
1079977.136
k0+ 598.680
63°00'00''
7.886
15.477
1106222.355
1079992.613
k0+ 620.180
62°00'00''
10.094
18.983
1106232.449
1080011.596
k0+ 639.980
150°00'00''
-17.147
9.900
1106215.302
1080021.496
15.600 24 15.900 25 27.850 26 16.090 27 13.410 28 16.000 29 33.370 30 8.110 31 17.370 32 21.500 33 19.800 EOP
Ref 2
F U E N T E : Autores
COORDENADAS REALES: Punto de referencia 1: Norte: 1105744.547 – Este: 1080157.017 BOP: Norte: 1105760.599 – Este: 1080154.387 EOP: Norte: 1106218.439 – Este: 1080018.852 Punto de referencia 2: Norte: 1106192.234 – Este: 1080034.584
26
Rumbo teórico: Punto de referencia – BOP
= tan− (
)
1080157.017 1080154.387 = tan− ( ) 1105744.547 1105760.599 = 9°18 17.32 Azimut Teórico: Punto de referencia – BOP
= 180° 9°18 17.32′′ = 170°41 42.68′′ Rumbo Teórico: EOP – Punto de referencia 2
= tan− ( = tan−(
)
1080018.852 1080034.584 ) 1106218.439 1106192.234
= 30°58 41.6′′ Azimut Teórico: EOP – Punto de referencia 2
= 180° 31°1 35.52′′ = 149°1 18.4′′ CÁLCULO DE PROYECCIONES Para poder determinar las coordenadas de cada punto es necesario estimar las proyecciones de dichos puntos, cálculo que se hace de la siguiente manera:
Proyección Norte – Sur (∆N)
27
ó ∆( ) = ( ) ∗ ( ) Proyección Este – Oeste (∆E)
ó ∆( ) = ( ) ∗ ( ) Ejemplo de cálculo: Con el objeto de hacer una demostración de las proyecciones calculadas en la tabla CARTERA ANTEPRELIMINAR, se tomó como ejemplo el siguiente caso (puntos 1 y 2)
Norte-sur
ó ∆(1 2) = (323°) ∗ (20) ó ∆(1 2) = 15.973
Este-Oeste
ó ∆(1 2) = (223°) ∗ (20) ó ∆ (1 2) = 12.036
CÁLCULO DE COORDENADAS Para el cálculo de las coordenadas de cada punto, es necesario sumar las proyecciones antes estimadas. Se plantea como coordenada inicial la que se trasladó al BOP del proyecto, desde un punto conocido, para finalmente llegar a la coordenada del punto EOP. Cálculo mostrado a continuación:
= ± ó ∆ = ± ó ∆ Ejemplo de cálculo de coordenadas Para el siguiente ejemplo se tomaron los puntos 3 y 4 de la tabla CARTERA ANTEPRELIMINAR , con el fin de mostrar el proceso que se llevó en el tratamiento de los datos:
28
Norte
(4) = (3) ± ó ∆(3) (4) = 1105808.316 + (15.564) (4) = 1105824.496
Este
(4) = (3) ± ó ∆(3) (4) = 1080119.697 + (10.898) (4) = 1080107.941
Error de cierre Debido a que los equipos no cuentan con la mayor precisión y que las medidas no fueron exactas, durante el procesamiento de los datos en el trabajo de oficina se presentó un error, pues no se llegó con exactitud a la coordenada del EOP. El cálculo para hallar dicho error fue:
= √ ( . ) + ( . ) = √ (1106218.439 1106215.302) + (1080018.852 1080021.496) = 4.1026
29
4.2 CARTERA DE COTAS TABLA 5. CARTERA DE COTAS Punto
Dist. (m)
Pendiente (%)
cota
Ref 1 2.702
BOP 20
2.04
1
2702.058 20
2.33
2
2702.524 19
5.82
3
2703.6298 20
3.49
4
2704.3278 20
4.07
5
2705.1418 20
5.82
6
2706.3058 20
5.82
7
2707.4698 20
7.29
8
2708.9278 20
8.46
9
2710.6198 20
8.75
10
2712.3698 11.75
10.5
11
2713.60355
30
20
6.10
12
2714.82355 21.35
3.49
13
2715.56867 20
2.03
14
2715.97467 18.62
4.07
15
2716.7325 30
4.07
16
2717.9535 20
5.24
17
2719.0015 20
6.11
18
2720.2235 20
7.5
19
2721.7235 22.5
5.53
20
2722.96775 10
7.28
21
2723.69575 12.66
10.2
22
2724.98707 9.1
9.04
23
2725.80971 15.6
12.3
24
2727.72851 15.9
5.82
25
2728.65389 27.85
9.04
31
26
2731.17153 16.09
11.34
27
2732.99614 13.41
11.20
28
2734.49806 16
12.2
29
2736.45006 33.37
9.09
30
2739.48339 8.11
1.46
31
2739.60179 17.37
3.20
32
2740.15763 21.5
5.24
33
2741.28423 19.8
EOP Ref. 2 Fuente: Autores
CÁLCULO DE COTAS Con el fin de determinar las cotas a partir de una línea de pendiente controlada, se realizó un procedimiento de campo que pretendía conservar las especificaciones expuestas en el Manual de Diseño Geométrico, sin exceder la pendiente máxima. Para el cálculo de las cotas se realiza lo siguiente teniendo en cuenta la pendiente y la distancia tomados en campo en cada punto de la línea ante preliminar Siendo así;
32
= +
∗ 100
Para el calcular la primera cota tomada en campo, conociendo la cota BOP 2701.65, la distancia se obtiene:
: 2701.65 +
20 ∗ 2.04 = 2702.058 100
:2702.058 +
33
20 ∗ 2.33 = 2702.524 100
5. ANALISIS DE RESULTADOS De acuerdo con los resultados obtenidos de la práctica del trazado de la linea ante preliminar se puede decir que el levantamiento realizado es de baja precisión y los errores generados son significativos, esto se presentó debido a que los equipos utilizados eran de baja precisión, (nivel abney a 10 minutos, brújula magnética al grado) además de la interferencia factores climáticos ocasionando catenaria en la cinta métrica y los posibles errores humanos presentados en la práctica; para el cálculo de las coordenadas se presentó un error de 4.103 metros a lo largo de los 639.48 metros de longitud del trazado total, esto teniendo en cuenta los cálculos realizados de acuerdo con las distancias medidas y los azimuts tomados en campo respecto a las coordenadas ya conocidas del punto final del proyecto (EOP). En el cálculo de cotas el error fue muy alto (de 15 m), con respecto a la cota del punto EOP, esto debido a que el nivel Abney utilizado en la práctica estaba descalibrado y tomaba valores de pendientes menores a las reales, en campo se comparó con otro nivel Abney y las pendientes tomadas podían alcanzar a tener una diferencia de un 3%, por esta razón se debe tener en cuenta los valores de las pendientes máximas ya que al momento de corregirlas pueden superar la pendiente máxima permitida y este valor se debe controlar al trazar la linea preliminar. Para el trazado de la linea preliminar se deben considerar las correcciones a los errores presentados en la práctica del trazado de linea de ceros, esto para el correcto diseño de la siguiente etapa que es la linea preliminar teniendo en cuenta los parámetros definidos previamente para el diseño de la carretera.
34
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Es de gran importancia realizar este tipo de prácticas pues ayuda a conocer e intervenir el terreno de manera mecánica siendo los equipos utilizados maniobrados por el personal del grupo. Es necesario acotar que los datos obtenidos no cumplen con una precisión o exactitud pues el trabajo es netamente mecánico en comparación con datos exactos que arrojaría una estación de última gama. El nivel abney es la herramienta indispensable en la ejecución de la práctica de línea ante preliminar dado que es con la cual se obtienen los ángulos que determinan directamente las pendientes del terreno teniendo en cuenta que estas no podían exceder el 8%. Estas definirán el tipo de terreno que se está trabajando y las especificaciones que se deben tener en cuenta en la fase de pre-factibilidad y factibilidad ofreciendo condiciones óptimas para el trazado de la ruta. Sin embargo se tuvieron algunos inconvenientes con este equipo ya que estaba descalibrado por lo que al momento de hacer los cálc ulos de las cotas en las cuales debíamos llegar a la cota del EOP conocida en la anterior practica por el equipo de georreferenciación Rover, se tuvo un error de 15 m, debido a la magnitud del error no fue posible estimar la pendiente real del terreno por donde se trazó la linea ante -preliminar en campo. Eso sin contar que al momento de la ejecución de la práctica se presentaban fuertes vientos cuando se medía distancias con la cinta métrica y los posibles errores humanos en los que se pudo haber incurrido aumentando aún más el error. Se recomiendan utilizar equipos previamente calibrados para que la toma de datos nos arroje resultados deseados. Por otro lado al momento de la toma de azimutes con la brújula no se tuvieron inconvenientes de gran magnitud, se obtuvo un error de 4.1026, aceptable debido a que durante la práctica se utilizaron herramientas de baja precisión lo cual gener a este tipo de errores.
35
Entre los equipos y herramientas secundarios utilizados durante la práctica también encontramos (jalones, flexómetro, mazo), con el mismo nivel de importancia en la práctica pues cada uno cumple con una tarea diferente. Con todos los equipos utilizados en la práctica se logra obtener medidas y azimutes para el cálculo de proyecciones y coordenadas y con esto plasmarlas en el plano. Al analizar los datos obtenidos durante la práctica en campo de linea ante preliminar, se establece que la ruta se definirá según su funcionalidad como secundaria ya que pretende conectar el restaurante estudiantil de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia con el límite que se tiene con el colegio Normal Femenina siendo esta vía la que se une con la vía una principal que tiene como recorrido Moniquita- Tunja; que según el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del Invias (2008) Son aquellas vías que unen las cabeceras municipales entre sí y/o que provienen de una cabecera municipal y conectan con una carretera Primaria. Las carreteras consideradas como Secundarias pueden funcionar pavimentadas o en afirmado. De la misma forma se puede determinar que el terreno se define como un terreno escarpado que cumple las características que este exige para establecerse así como lo define el mismo Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del Invias
(2008), tiene pendientes transversales al eje de la vía
generalmente superiores a cuarenta grados (40°). Exigen el máximo movimiento de tierras durante la construcción, lo que acarrea grandes dificultades en el trazado y en la explanación, puesto que generalmente los alineamientos se encuentran definidos por divisorias de aguas. Generalmente sus pendientes longitudinales son superiores a ocho por ciento (8%). Se define que la vía a implementar en principio tendrá una velocidad dentro del rango de 40 a 70 kilómetros por hora, sabiendo que es una vía que tendrá dificultades para su movilización en vehículos y lo que se pretende es disminuir en lo posible las problemáticas y obstáculos que se presenten.
36
BIBLIOGRAFÍA
AGUDELO, John. Diseño geométrico de vías ajustado al manual colombiano. [en línea]. Medellín: Universidad Nacional de Colombia. [citado 8 Agosto, 2011].
Disponible
en
Internet:
https://sjnavarro.files.wordpress.com/2011/08/disec3b1o-geomc3a9trico-devc3adas-john-jairo-agudelo.pdf
Instituto Nacional de Invias. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras, Bogotá Colombia, 2008, 5-6 p.
CÁRDENAS GRISALES James. (2013). Diseño geométrico de Carreteras. Bogotá. Ecoe ediciones. 548p. RUDA ARIAS, Yuber Maurico y BARRERA MEJÍA, Publio Giovanni. Proyecto de grado: Manual Multimedia sobre los procedimientos tradicionales de campo en un proyecto de trazado de carreteras. Escuela de Transporte y Vías, UPTC. 2006.
37
