MARCO TEORICO
Diseño geométrico de vías
El diseño geométrico de vías o de carreteras se puede definir como aquel procedimiento que utiliza la Ingeniería Civil para lograr localizar una carretera, vía o calle en un lugar específico. En este método influyen diferentes factores tales como la topografía del terreno, la geología, la hidrología, el medio ambiente y diversos agentes sociales y urbanísticos. Unos de los factores más importantes en el diseño geométrico de vías son el alineamiento horizontal, vertical y la anchura del derecho de vía.
Carretera
Una vía o carretera es una estructura diseñada para el transporte, adaptada dentro de una faja de terreno determinada y creada con el fin de posibilitar el movimiento de vehículos de manera continua, amena y segura.
Transporte
Se define como la actividad para desplazar de un sitio a otro a personas o mercancías con un fin determinado. Este sistema es establecido como uno de los más grandes en el sector económico. Algunos modos de transporte son: el transporte terrestre, acuático y aéreo.
Clasificación de las vías o carreteras
Las carreteras se clasifican según diversos parámetros tales como:
Según su competencia: En carreteras nacionales, departamentales, veredales o vecina y distritales y municipales.
Según sus características: En autopistas, carreteras multicarriles y dos carriles.
Según el tipo de terreno: En carreteras en terreno plano, en terreno ondulado, en terreno montañoso y en terreno escarpado.
Según su función: En carreteras principales o de primer orden, secundarias o de segundo orden y terciarias o de tercer orden.
Según su velocidad de diseño: En carretera principal o de dos calzadas, principal de una calzada, secundaria y terciaria.
Elementos que componen el diseño geométrico de vías
Un diseño geométrico para una vía está compuesto por tres factores indispensable:
Elementos Físicos: En donde encontramos toda la geometría de la vía.
Terreno: El cual se clasifica en plano, ondulado, montañoso y escarpado.
Vehículos: En donde hallamos las dimensiones del mismo, la velocidad y al conductor.
Línea de pendiente o de ceros
La línea de pendiente o línea de ceros se define como aquella línea que atraviesa o pasa por unos puntos específicos y obligados del proyecto, la cual posee una pendiente uniforme dada y que debe corresponder al eje de la vía.
Velocidad de diseño
La velocidad de diseño se define como aquella velocidad seleccionada para diseñar los diferentes elementos de la vía que intervienen en el desplazamiento de los vehículos. Esta velocidad es la máxima y segura en un trayecto determinado de la vía.
Distancia de visibilidad de parada
La distancia de visibilidad de parada se considera que es igual a la suma de dos distancias:
La distancia recorrida por el vehículo durante el tiempo de percepción del obstáculo por la vista del conductor más el tiempo de reacción de dicho conductor para frenar
La distancia recorrida para detener el vehículo, después de haber accionado los frenos.
Distancia de visibilidad de adelanto
Se define como distancia de adelantamiento (Da), la distancia necesaria pare que un vehículo pueda adelantar a otro que circula a menor velocidad, en presencia de un tercero que circula en sentido opuesto.
Tabla 1.
Vp (Km/h)
40
50
60
70
80
90
100
Da (m)
200
300
400
450
500
550
600
Siendo:
Vp = velocidad de proyecto.
Da = distancia de adelantamiento.
Curvas circulares simples
Las curvas circulares simples se definen como arco de circunferencia tangente a dos alineamientos rectos de la vida y con un solo radio, constituyendo la imagen horizontal de las curvas reales o espaciales.
Elementos geométricos de una curva circular simple
Los elementos geométricos de una curva circular simple son los siguientes:
PI: Punto de intersección de las tangente o vértice de la curva.
PC: Principio de curva.
PT: Principio de tangente
O: Centro de la curva circular
Δ: Angulo de deflexión de las tangentes
R: Radio de la curva circular simple
T: Tangente o sub tangente
L: Longitud de la curva circular
CL: Cuerda larga
E: Externa
Figura 1. Elementos geométricos de una curva circular simple (1)
Cartera de tránsito o localización de una curva circular simple
Es aquella cartera en donde a partir de un abscisado y una deflexión total de ubican cada uno de los puntos pertenecientes a la curva circular simple.
Curvas circulares compuestas
Las curvas circulares compuestas son aquellas que básicamente están formadas por dos o más curvas circulares simples.
Curvas de espirales o de transición
Las curvas espirales o de transición se denominan así ya que estas suministran una transición o cambio gradual en la curvatura de la vía, desde un tramo recto del proyecto hasta una curvatura con un grado especifico.
Espiral de Euler o Clotoide
La espiral de Euler o Clotoide como una curva de transición se define como aquella que posee un empalme de manera que tu radio sea inversamente proporcional a su longitud.
L*R= A² en donde, L: Longitud (m), A: Parámetro de la clotoide, R: Radio en un punto.
Algunas ventajas de esta espiral son las siguientes:
Por medio de la longitud se desarrolla una transición de peralte y de sobre ancho vial.
Se desarrolla un peralte transicional y progresivo con base en la pendiente transversal (bombeo).
La flexibilidad de la clotoide y las múltiples combinaciones de radio/longitud permite la adaptación del trazado de la topografía.
Elementos de la curva espiral clotoide
Los elementos de la clotoide se pueden determinar utilizando las siguientes expresiones matemáticas:
Longitud del empalme espiral (Le) donde el radio de la espiral es igual al Radio (RC) del empalme con el que se empalma.
Angulo de deflexión o ángulo al centro de la espiral (θe):
Angulo de desviación o ángulo al centro de la espiral (θ) en un punto de la espiral ubicado a una distancia dada (l) desde el origen:
Coordenadas (x, y) en un punto de la espiral ubicado a una distancia dada (l) desde el origen:
Deflexión de un punto de la espiral ubicado a una distancia (l) desde el origen y con coordenadas (x, y):
Los anteriores elementos: ángulo de desviación (θ), coordenadas (x, y) y el ángulo de deflexión ø' se utilizan para localizar el empalme espiral en el campo.
Coordenadas (Xe, Ye) en el punto EC (CE) del empalme espiral ubicado a una distancia Le desde el origen.
Disloque de la espiral. Valor aproximado:
Coordenadas del centro (XM, YM) del arco circular cuyo radio es RC
Longitud de la tangente larga
Longitud de la Tangente Corta
Angulo de la cuerda larga de la espiral o deflexión total del empalme espiral
Cuerda larga de la espiral total desde el origen hasta el EC
Figura 2. Elementos de la curva espiral clotoide (2)
Elementos de la curva espiral circular espiral simétrica
Los elementos geométricos de una curva espiral circular espiral son los siguientes:
Deflexión en el PI o deflexión total del empalme:
Deflexión del tramo circular o ángulo al centro del empalme circular:
Longitud del empalme circular:
Tangente del sistema de empalme:
Externa del sistema de empalme:
Figura 3. Elementos de la curva espiral circular espiral simétrica (3)
Cota negra
La cota negra de un proyecto se define como la cota del terreno natural de dicho diseño.
Cota rasante
La cota rasante es la proyección vertical del desarrollo del eje de la superficie de rodadura de la vía.
Peralte
Se denomina peralte a la sección trasversal de la calzada sobre un alineamiento curvo, el cual tiene como objetivo principal facilitar el desplazamiento seguro de los diversos vehículos sobre la vía sin peligros de deslizamientos.
Bombeo
Se denomina bombeo a la sección transversal de la calzada sobre un alineamiento recto, el cual tiene como finalidad facilitar el drenaje de las aguas lluvias lateralmente hacia las cunetas.
Longitud de aplanamiento
La longitud de aplanamiento es la longitud necesaria para que el carril exterior pierda su bombeo o se aplane con respecto al eje de rotación.
Longitud de transición
La longitud de transición se define como aquella sección transversal donde el carril exterior se halla a nivel, es decir no posee bombeo, hasta aquella sección donde la calzada tiene peralte máximo.
REFERENCIAS
[1] "Elementos geométricos de una curva circular simple". Recuperado el 27 de septiembre de 2015 de Google Imágenes.
[2] Instituto Nacional de Vías. "Manual de diseño geométrico de carreteras". (2008).
[3] Instituto Nacional de Vías. "Manual de diseño geométrico de carreteras". (2008).
[4] Cárdenas G, James. "Diseño geométrico de vías". Ecoe ediciones. Universidad del Valle. Santa Fe de Bogotá (1993).
[5] Chocontá R, Pedro. "Diseño geométrico de vías 2ª Edición". Editorial Escuela Colombia de Ingeniería.