Tapia Enrique Optimización software Autocad Land y “vías”, en el diseño geométrico y cubicaciones de obras en proyecto vial

1
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA
“OPTIMIZACIÓN DEL MANEJO DE LOS SOFTWARE AUTOCAD
LAND DESKTOP Y “VIAS”, EN EL DISEÑO GEOMÉTRICO Y
CUBICACIONES DE OBRAS, EN UN PROYECTO VIAL”
ENRIQUE TAPIA YELPI
PATRICIO VALENZUELA JEREZ
2007
2
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA
“OPTIMIZACIÓN DEL MANEJO DE LOS SOFTWARE AUTOCAD
LAND DESKTOP Y “VIAS”, EN EL DISEÑO GEOMÉTRICO Y
CUBICACIONES DE OBRAS, EN UN PROYECTO VIAL”
“TRABAJO DE TITULACION PRESENTADO EN CONFORMIDAD A LOS
REQUISITOS PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO DE EJECUCION
EN GEOMENSURA”
Profesor Guía: WALTERIO GONZALEZ B.
ENRIQUE TAPIA YELPI
PATRICIO VALENZUELA JEREZ
2007
3
RESUMEN
El presente trabajo de titulación, trata sobre la complementación de los
softwares Autocad Land Desktop y “Vías” para el Diseño Geométrico de la Ruta
Camino La Mina, considerando las normas exigidas por la Dirección de Vialidad
a través del Manual de Carreteras del Año 2001.
En una primera parte, se realiza la introducción al tema, exponiendo su
hipótesis, el estado actual en el tratamiento del problema, que apunta a la labor
realizada por la Dirección de Vialidad (MOP) y a la formulación de los objetivos
del trabajo.
En la segunda parte, se detalla la metodología empleada en el desarrollo
del proyecto, estableciendo cuales son las normas y criterios empleados.
En la tercera parte se explica el desarrollo del trabajo realizado y se
muestran las tablas con los resultados obtenidos en las diferentes etapas del
proyecto, además de las etapas realizadas en los software Autocad Land y
Vias.
Finalmente se analizan los resultados obtenidos, para verificar o rechazar
la hipótesis y entregar las conclusiones finales. Este se encuentra enfocado
principalmente a la explicación en base a los resultados y al análisis de las
virtudes del uso de ambos programas en conjunto; y finalmente a la explicación
de problemáticas del Diseño Geométrico.
4
PALABRAS CLAVE
ƒ
Diseño geométrico de caminos
ƒ
Caminos
ƒ
Autocad Land Development
ƒ
Vías
5
ABSTRACT
The present work of degree, deals with on the complement about software
AutoCAD Land and “Vías” for the improvement about Geometric Design the
Route Way the Mine, considering the norms demanded by the Direction of Road
through Manual of Highways of Year 2001.
In one first part, the introduction to the subject is made, exposing its
hypothesis, the present state in the treatment of the problem that aims at the
work made by the Direction of Vialidad (MOP) and at the formulation of the
objectives of the work.
In the second part, the methodology used in the development of the
project is detailed, establishing as they are the used norms and criterion
In the third part the development of the made work is explained and are
the tables with the results obtained in the different stages from the project, in
addition to the stages made in software AutoCAD Land and Vias.
Finally the obtained results are analyzed, to verify or to reject the
hypothesis and to give the final conclusions. This one is focused mainly to the
explanation on the basis of the results and the analysis of the virtues of the use
of both programs altogether; and finally to the explanation of problematic of
Geometric Design.
6
KEYWORDS
ƒ
Geometric Design of ways.
ƒ
Ways.
ƒ
Autocad Land Development.
ƒ
Vías.
7
ÍNDICE
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN
1
1.1
Antecedentes
1
1.2
Hipótesis Del Trabajo
4
1.3
Estado Actual En El Tratamiento Del Problema
4
1.4
Objetivos
5
CAPÍTULO II: METODOLOGÍA
6
2.1
Introducción
6
2.2
Proyecto Preliminar: Diseño Geométrico
11
2.2.1 Diseño Geométrico Del Trazado: Alineamiento en Planta
14
2.2.2
2.3
a)
Alineamiento Recto
16
b)
Curvas Circulares
16
Diseño Geométrico Del Trazado: Alineamiento Vertical
18
a)
Curvas Verticales de Enlace
19
b)
Longitud Mínima de Curvas Verticales
21
c)
Pendientes Máximas
22
d)
Pendientes Mínimas
22
Proyecto Definitivo: Alineamiento Horizontal
23
2.3.1 Distancias De Visibilidad
23
2.3.2 Velocidad Asterisco (V*)
24
2.3.3 Velocidades V* Adoptadas
24
2.3.4 Distancia De Parada
25
8
2.3.5 Distancia De Adelantamiento
26
2.3.6 Alineamiento Recto
27
a)
Longitudes Máximas en Recta.
29
b)
Longitudes Mínimas en Recta.
29
2.3.7 Curvas Circulares
a)
Radios Mínimos Absolutos
29
29
2.3.8 Desarrollo de Peralte en Curvas Circulares
Sin Curvas de Enlace
32
a)
Longitud del Desarrollo del Peralte
32
b)
Giro en los Bordes de una Calzada Bidireccional
33
c)
Condicionantes para el Desarrollo del Peralte
34
2.3.9 Sobreancho en Curvas Circulares
a)
34
Desarrollo del Sobreancho en
Caminos de Desarrollo
2.4 Proyecto Definitivo: Alineamiento Vertical
2.4.1 Parámetros Mínimos por Visibilidad de Parada
37
38
38
a)
Curvas Verticales Convexas
38
b)
Curvas Verticales Cóncavas
39
2.4.2 Parámetros Mínimos por Visibilidad de Adelantamiento
40
CAPÍTULO III: DESARROLLO
42
3.1
Diseño Geométrico
42
3.1.1 Proyecto preliminar
45
a)
Alineamiento Horizontal
45
b)
Alineamiento Vertical
49
3.1.2 Proyecto Definitivo
52
a)
Alineamiento Horizontal
52
b)
Alineamiento Vertical
54
9
3.2
Autocad Land Development Desktop
58
3.2.1
Introducción de los puntos
58
3.2.2
Alineamiento Horizontal
60
3.2.3
Diseño del Modelo Digital de Terreno
62
3.2.4 Obtención de Perfiles Longitudinales
71
3.2.5 Diseño de la Rasante
73
a)
Dibujo de los Tramos Rectos
73
b)
Dibujo de las Curvas Verticales
75
c)
Definición de la Rasante como Alineamiento vertical 75
d)
Etiquetado de la rasante
76
3.2.6 Traspaso de la información desde
3.3
Autocad Land al programa “Vías”
78
a)
Reporte Alineamiento Horizontal
78
b)
Reporte Alineamiento Vertical
80
Software Vías
82
3.3.1 Generar Proyecto
82
a)
Nuevo Proyecto
3.3.2 Topografía
82
84
a)
Editar Perfiles Transversales
84
b)
Curvas de Nivel a partir de Perfiles
85
3.3.3 Diseño
86
a)
Datos de Velocidad de Diseño
86
b)
Alineamiento Horizontal
87
c)
Alineamiento Vertical
88
d)
Cálculo de Peralte
89
e)
Diseño de Perfil de Proyecto
91
f)
Sobreanchos de Pista
92
3.3.4 Cubicaciones
a)
Datos Espesores de la Capa
93
94
10
b)
Datos de Escalones en Corte
94
c)
Datos de Profundidad de Escarpe
95
d)
Datos de Espesores que No Se Cubican
95
e)
Datos de Muros en Terraplén
96
f)
Cubicación Geométrica y Cubicación de Escarpe
96
3.3.5 Obtención de Reportes
98
3.3.6 Planos Definitivos
100
a)
Planos de Planta
101
b)
Planos de Perfil Longitudinales
103
c)
Planos de Perfiles Transversales
104
CAPÍTULO IV: DISCUSIÓN
107
CAPÍTULO V: CONCLUSIONES
116
BIBLIOGRAFÍA
119
11
CAPITULO I: INTRODUCCIÓN
1.1
Antecedentes
En Chile, desde hace algunos años ha sido prioridad fundamental el
desarrollo de infraestructura vial como hilo conductor del desarrollo del país.
Esto es fundamentalmente debido a que permiten el desplazamiento de las
personas y de los bienes entre distintos lugares.
Producto del desarrollo económico, se han generado cada vez más,
nuevas necesidades de movilidad y de accesibilidad, ya sea para el transporte
de pasajeros o de materias primas al lugar de fabricación, o hacia los lugares
de venta, y dando además nuevas oportunidades al comercio local.
En este contexto, se vuelve imprescindible contar con vías de transporte
que comuniquen a los distintos centros poblados, pero debido a que no siempre
existen estas vías, o en su defecto las que existen no cumplen con los
estándares necesarios, es conveniente mejorar la infraestructura vial.
En este contexto la Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras
Publicas (MOP), más que en la construcción de nuevos caminos, se ha
centralizado en subir el estándar de los caminos ya existentes.
La Ruta Camino La Mina, es un claro ejemplo de lo antes mencionado,
ya que para este camino los principales sectores productivos, que lo utilizan son
la agricultura y los servicios, los cuales necesitan vías que proporcionen
menores costos de transporte, menores tiempos de recorrido y una mayor
seguridad en su trayecto, traduciéndose esto en una mejor calidad de vida.
12
El Camino La Mina de 4 Km de longitud, conecta la zona de La Manga con
el Camino que llega al centro de San Pedro, además de otras zonas aledañas
cercana al Cruce Las Arañas con el Camino La Fruta en la Provincia de
Melipilla, Región Metropolitana.
Debido al uso de la tierra adyacente al camino, esta vía es catalogada como
un camino netamente rural, ya que en todo su recorrido la actividad económica
principal que se realiza es el cultivo de distintas hortalizas, y árboles frutales. En
este contexto, su función principal es dar acceso a los predios agrícolas
colindantes, por lo que el transito de vehículos motorizados de carga y a
tracción animal es habitual en esta zona. Por esta razón, el Camino La Mina es
catalogado por la Dirección de Vialidad como un camino principalmente de
Desarrollo, esta categoría definida en el Manual de Carreteras, dictará los
lineamientos para su diseño como se explicará en la Metodología.
El presente trabajo, considerará el mejoramiento del Diseño Geométrico
como aspecto fundamental, para el desarrollo de un Proyecto Vial, en particular
el Diseño del Camino La Mina, con la asistencia de los software de diseño
“Autocad Land Desktop “ y “Vías”.
El Software Autocad Land Development pertenece a la compañía
Autodesk. Este es un programa basado en el software de diseño AutoCAD
especializado en Diseño Grafico para Ingeniería de Terreno, por lo que cuenta
con herramientas especificas para generar MDT (Modelos Digitales de
Terreno), rasantes, perfiles, cubicaciones y en general para el diseño avanzado
de caminos, canales, presas o de cualquier otro proyecto que se desarrolle a lo
largo de un eje.
13
Por su parte, el sistema VIAS es un sistema de software producido en
Chile que entrega poderosas y eficientes herramientas para la organización de
datos, el análisis generación automatizada de informes y planos, para proyectos
viales diseñado exclusivamente para cumplir con la normativa chilena vigente
en el Manual de Carreteras.
•
Croquis de Ubicación.
Camino La Mina
Comuna de San Pedro
Provincia de Melipilla
Región Metropolitana
“Croquis de Ubicación Camino la Mina”
Figura Nº 1
14
1.2 Hipótesis Del Trabajo
El Diseño Geométrico definitivo de una obra vial y cálculo de movimiento
de tierras podrá ser generado de forma óptima y eficiente utilizando la
asistencia de los software “Autocad Land Desktop Civil” y “Vías” de forma
complementaria, lo que será aplicado al estudio del Diseño Geométrico de la
Ruta, Camino La Mina.
1.3
Estado Actual En El Tratamiento Del Problema
Dentro de los aspectos que intervienen en la definición de un camino
como lo son los factores, funcionales, físicos, de costo asociado al camino,
factores humanos, ambientales, los que se combinan de acuerdo a criterios de
variada ponderación, dependiendo del tipo de diseño de camino a realizar.
Uno de los factores que cobra mayor peso corresponde a los factores de
costo asociado al camino. En rigor, los costos asociados a un camino son
consecuencia de la categoría (Categoría según el MCV3) de diseño adoptado
para él.
Por esta razón, se busca adoptar una categoría que sea consecuente
con los fondos determinados por el Departamento de Planificación de la
Dirección de Vialidad (MOP) para que el trazado se adapte al presupuesto
inicial.
Dado que el presupuesto de una obra vial de este tipo se encuentra
determinado en gran medida, por la cantidad de movimiento de tierras, se
busca minimizar en lo posible volúmenes excesivos de transporte de material.
15
Para cumplir con estas tareas de diseño es de importancia contar con
una plataforma informática eficiente y que facilite las labores de diseño.
Para las tareas de diseño vial en la Dirección de Vialidad, actualmente se
utiliza el softaware Autocad Land Desktop. Desde el año 2005 se incorporó el
programa para el diseño de caminos VIAS, el cual no ha sido utilizado por la
Dirección de Vialidad en un ciento por ciento de sus aplicaciones, por esta
razón con el presente trabajo, se intenta implementar a esta unidad, el Software
Vías.
1.4 Objetivos
•
Objetivo Principal
Realizar un mejoramiento al Diseño Geométrico de La Ruta Camino La Mina
utilizando como herramienta los softwares Autocad Land Desktop Civil y Vías,
respetando la normativa vigente expuesta en el Manual de Carreteras.
•
Objetivos Específicos
Utilizar la información topográfica proporcionada por la Dirección de Vialidad
(MOP) para la construcción del Camino La Mina, realizar el Diseño Preliminar
de un camino en el software Autocad Land Development Desktop Civil.
A partir de esta información diseñar un proyecto de caminos en el software
Vías, con el fin de generar un Trazado Definitivo en el desarrollo de su
geometría, reduciendo al máximo el movimiento de tierras.
16
CAPITULO II: METODOLOGÍA
2.1 Introducción.
En este capitulo se describirá la metodología para la realización del
mejoramiento del Diseño Geométrico de la Ruta Camino La Mina, utilizando la
asistencia de los Software Autocad Land Development Civil y Vías.
La metodología esta construida para dar el soporte teórico y conceptual
en la elaboración del Diseño Geométrico, este será estructurado para justificar
el desarrollo siguiendo un orden cronológico de acuerdo a como sea la
necesidad de información requerida por los software. Para esto, el presente
trabajo se dividirá en dos partes, cada una abarcará un distinto grado de
conocimiento del diseño geométrico de caminos en general, en función de la
cantidad de variables que se analicen en el Diseño.
El proyecto La Mina en su Metodología, consta de dos partes:
1. El Proyecto Preliminar.
2. El Proyecto Definitivo.
El Proyecto Preliminar Diseñado en Autocad Land Desktop, definirá los
criterios básicos en el diseño, como lo son principalmente el trazado en planta y
alzado.
En el Proyecto Definitivo, se realizaran modificaciones al Proyecto
Preliminar, este incorporará el Diseño Geométrico avanzado de caminos, que
17
además de incluir el Diseño de Alineamiento Horizontal y Vertical, Incluirá
Parámetros de Visibilidad de Las curvas Verticales, sobreanchos y peraltes,
entre otros, que será asistido por el software Vías.
Ambas secciones serán desarrolladas de forma independiente como si
fuesen proyectos distintos, con el fin de realizar las mejoras necesarias al
Diseño.
La figura Nº 2 presenta un esquema general del proceso a desarrollar para
el Diseño Geométrico de la Ruta Camino La Mina.
18
Autocad Land Desktop; Proyecto Preliminar
Categorización del Camino
Definición de los Parámetros máximos y mínimos para el Diseño
Información Topográfica
Representación actual del Camino
Diseño Geométrico del Trazado
Alineamiento en Planta
Alineamiento Recto
Curvas Circulares
Generaron del MDT
Perfil Longitudinal
Alineamiento Vertical
Rasante Preliminar
Pendientes Máximas y Mínimas
Curvas Verticales de Enlace
Longitud Mínima de Curvas Verticales
Obtención de Reportes
Reporte Alineamiento Horizontal
Reporte Alineamiento Vertical
19
Vías; Proyecto Definitivo
Diseño Geométrico del Trazado
Alineamiento Horizontal
Distancias de Visibilidad
Velocidades V* Adoptadas
Distancia de Parada
Distancia de Adelantamiento
Alineamiento Recto
Longitudes Mínimas en Recta
Longitudes Máximas en Recta
Curvas Circulares sin Curvas de Enlace
Radios Mínimos Absolutos
Peralte en Curvas Circulares
Longitud de Desarrollo del Peralte
Giro en los Bordes de una Calzada Bidireccional
Condicionantes para el Desarrollo del Peralte
Sobreancho en Curvas Circulares
Condiciones para Sobreanchos
20
Vías; Proyecto Definitivo
Diseño Geométrico del Trazado
Alineamiento Vertical; Rasante Definitiva
Modificaciones a la Rasante Preliminar
Verificación de Parámetros Mínimos por Visibilidad de Parada
Curvas Verticales Convexas (Kv)
Curvas Verticales Cóncavas (Kc)
Cubicaciones
Escarpe
Corte y Terraplén
Base Granular
Generación de Planos
Planos de Planta y Perfil Longitudinal
Planos de Perfiles Transversales
“Esquema General de Proyecto”
Figura Nº 2
21
2.2
Proyecto Preliminar: Diseño Geométrico
Se entiende por diseño geométrico de una carretera o camino, al proceso de
correlacionar sus elementos físicos, tales como sus alineamientos, pendientes,
distancia de visibilidad, peralte, ancho de pista, con las características de
operación, facilidades de frenado, aceleración, condiciones de frenado, entre
otros.
La clasificación para las vías de diseño consulta seis categorías, que a su
vez se dividen en dos grupos:
•
Carreteras: Autopistas, Autorrutas y Primarias
•
Caminos: Colectores, Locales y de Desarrollo
El
presente
trabajo
corresponde,
según
la
clasificación
señalada
anteriormente a un camino, por lo que en el presente capítulo y desarrollo del
estudio, se utilizarán criterios y fórmulas referentes a esta categoría.
A diferencia de las Carreteras, el término “camino“, se emplea para designar
una categoría de características geométricas medias a mínimas, es decir, su
trazado es mas restrictivo, lo que limita las velocidades de desplazamiento. Esto
es consecuente con la función que poseen, que es dar acceso a la propiedad
colindante, ya que para facilitar todos los movimientos que ello implica es
necesario imponer restricciones a los vehículos de paso.
Dentro de las categorías consideradas para la clasificación funcional de
caminos, como lo son:
•
Caminos Colectores.
22
•
Caminos Locales.
•
Caminos de Desarrollo.
La
clasificación
funcional
escogida
según
las
características
de
funcionalidad, objetivos y presupuesto adoptadas por la Dirección de Vialidad
corresponde a un Camino de Desarrollo.
•
Camino de Desarrollo
Están destinados a conectar zonas aisladas y por ellas transitarán
vehículos motorizados y vehículos a tracción animal. Sus características
corresponden a las mínimas consultadas para los caminos públicos, siendo su
función principal la de posibilitar el tránsito permanente, aún cuando a
velocidades reducidas, de hecho las velocidades de proyecto que se indican
son a nivel de referencia, las que podrán ser disminuidas en sectores
conflictivos.
La sección Transversal que se le asocia debe permitir el cruce de un
vehículo liviano y un camión a velocidades tan bajas como 10 km/h y la de dos
camiones, estando uno de ellos detenido.
Tabla Nº 1
“Clasificación funcional para diseño de caminos rurales”
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.103.201.A
- BD : Bidireccionales - xx Velocidad de Proyecto (km/h).
* Menor que 30 km/h en sectores puntuales conflictivos.
23
Las velocidades de referencia de proyecto son:
ƒ
Terreno Favorable
ƒ
Terreno Difícil
50 y 40 Km/h
30 km/h.
Cada categoría se subdivide según las Velocidades de Proyecto
consideradas al interior de cada categoría. Las Vp más altas corresponden a
trazados en terrenos Llanos, las intermedias en terrenos ondulados y las más
bajas en terreno montañoso, o cuyo entorno presenta limitaciones severas para
el trazado. El presente proyecto se encuentra emplazado sobre terreno llano y
ondulado, que presenta las siguientes características:
Terreno Llano:
•
Está constituido por amplias extensiones libres de obstáculos y una
cantidad moderada de obras construidas por el hombre
•
Esto permite seleccionar con libertad el emplazamiento del trazado
haciendo uso de muy pocos elementos de características mínimas. El
relieve puede incluir ondulaciones moderadas de la rasante para
minimizar las alturas de corte o terraplenes; consecuentemente la
rasante de la vía estará comprendida en alrededor de 3 %.
Terreno Ondulado:
•
Está constituido con un relieve con frecuentes cambios de cota, que si
bien no son demasiado importantes en términos absolutos, son
repetitivos, lo que obliga a emplear frecuentemente pendientes de
distinto sentido que pueden fluctuar entre 3 y 7 %, según la categoría de
la ruta. El trazado en planta puede estar condicionado en buena medida
24
por el relieve del terreno, con el objeto de evitar cortes o terraplenes de
gran altura, lo que justificará un uso mas frecuente de elementos del
orden de los mínimos. Según la importancia de las ondulaciones del
terreno, se podrá tener un ondulado Medio o un Franco o Fuerte.
•
Velocidad de Proyecto (Vp)
Es la velocidad que permite definir las características geométricas
mínimas de los elementos del trazado bajo condiciones de seguridad y
comodidad, elementos que sólo podrán ser empleados en la medida que estén
precedidos por otros (en ambos sentidos del tránsito), que anticipen al usuario
que se está entrando a un tramo de características geométricas mínimas, el que
además deberá estar debidamente señalizado. Fuente: Manual de Carreteras
Volumen 3.
•
Velocidades de Proyecto Según Categoría de la Obra Vial.
La Velocidad de Proyecto seleccionada para un proyecto de categoría
dada dependerá fundamentalmente de la función asignada a la carretera, del
volumen y composición del tránsito previsto, de la topografía de la zona de
emplazamiento y del diferencial de costo que implica seleccionar una u otra
velocidad de proyecto dentro del rango posible considerado para la categoría.
En definitiva, la elección de una velocidad de proyecto que se aparte de la
óptima se reflejará en una disminución de la rentabilidad del proyecto.
2.2.1 Diseño Geométrico Del Trazado: Alineamiento en Planta
El diseño de alineamiento horizontal se encuentra determinado por
ciertos elementos que corresponden restricciones al trazado en planta. De
25
manera tal, que todos ellos estén correlacionados entre si para garantizar de
este modo seguridad, funcionalidad y confortabilidad, además del
aspecto
económico según el estándar predeterminado de la ruta.
El estándar de Diseño de un camino responde a un diseño acorde con las
instrucciones y límites normativos establecidos en el MC-V3 y queda
determinado por:
•
La categoría que le corresponde (Autopista, Autorruta, Colector, Local o
Desarrollo)
•
La Velocidad de Proyecto (Vp), que posee o que le ha sido asignada.
•
La Sección Transversal definida, según la Categoría y Velocidad de
Proyecto.
•
Que posea o esté previsto un pavimento o solo carpeta de grava o ripio.
Las principales consideraciones que controlan el diseño del alineamiento
horizontal son:
•
Categoría de la Ruta.
•
Topografía del Área.
•
Velocidad de Proyecto.
•
V85 % para diseñar las Curvas Horizontales (Ver pagina Nº 28).
•
V* para verificar Visibilidad de Parada.
•
Coordinación con el Alzado.
•
Costo de Construcción, Operación y Mantención.
Todos estos elementos deben conjugarse de manera tal que el trazado
resultante sea el más seguro y económico, en armonía con los contornos
26
naturales y al mismo tiempo adecuado a la categoría, según la Clasificación
funcional para Diseño.
Los elementos del Trazado en Planta de un camino deberán componerse
preferente de elementos curvos, evitando de esta forma alineaciones rectas
demasiado prolongadas, siendo estas remplazadas por curvas de radio amplio.
Esta forma de trazado se preferirá dado que los largos tramos rectos inducen
velocidades V85% muy por sobre la velocidad de proyecto, aumentando el
peligro de encandilamiento por las luces del vehículo que viene en sentido
opuesto.
Los elementos curvos comprenden:
•
Curvas Circulares
•
La parte central circular y dos arcos de enlace
•
Otras combinaciones de arco circular y arco de enlace
a) Alineamiento Recto
Salvo en zonas desérticas o estepas, los grandes alineamientos rectos
no se dan en forma natural. Pretender incorporarlos al trazado implica por lo
general movimientos de tierra innecesarios, además de producir los
inconvenientes operativos del vehículo.
b) Curvas Circulares
Estos elementos del trazado corresponden a los círculos que forman la
proyección horizontal o en planta, estas enlazan un conjunto de alineaciones
rectas.
27
En la figura Nº 3 se ilustran los diversos elementos asociados a una
curva circular. La simbología es la recomendada por el Manual de Carreteras y
las medidas angulares se expresan en grados centesimales (g).
.
“Elementos De La Curva Circular”
Figura Nº 3
Vn: Corresponde al punto de intersección de dos alineaciones consecutivas del
trazado.
α: Es el ángulo de Deflexión entre ambas alineaciones, que se repite como
ángulo del centro subtendido por el arco circular.
R: Es el radio de Curvatura del arco de círculo (m) Tangentes, distancias
iguales entre el vértice y los puntos de tangencia del arco de círculo con las
alineaciones de entrada y salida (m). Determinan el principio de curva PC y fin
de curva FC.
S: Es la bisectriz; distancia desde el vértice al punto medio, MC, del arco de
círculo (m).
D: Desarrollo; longitud del arco de círculo entre los puntos de tangencia PC y
FC (m).
28
A partir de la figura Nº 3 es posible determinar las ecuaciones
algebraicas de los elementos presentes en la curva circular, estas son:
T = R*tg(ω/2)
(Ecuación 1)
Dc = PI*R*ω/200
(Ecuación 2)
S = R*(sec ω/2-1) (Ecuación 3)
d = (a − c) = a 3 /(24 * R 2 ) (Ecuación 4). Utilizado para calcular la diferencia
entre arco y cuerda, donde a=longitud del arco, c= longitud de cuerda.
2.2.2 Diseño Geométrico Del Trazado: Alineamiento Vertical
Las cotas del eje en planta de una carretera o camino, al nivel de la
superficie del pavimento o capa de rodadura, constituyen la rasante o línea de
referencia del alineamiento vertical. La representación gráfica de esta rasante
recibe el nombre de Perfil Longitudinal del Proyecto.
La rasante determina las características en alzado de la carretera y está
constituida por sectores que presentan pendientes de diversa magnitud y/o
sentido, enlazadas por curvas verticales que normalmente serán parábolas de
segundo grado.
Para fines de proyecto, el sentido de las pendientes se define según el
avance de la distancia acumulada (Dm), siendo positivas aquéllas que implican
un aumento de cota y negativas las que producen una pérdida de cota.
29
El trazado en alzado está controlado principalmente por la:
•
Categoría del Camino.
•
Topografía del Área.
•
Trazado en Horizontal y Velocidad V* correspondiente.
•
Distancias de Visibilidad.
•
Drenaje.
•
Valores Estéticos y Ambientales.
•
Costos de Construcción.
a) Curvas Verticales de Enlace
El ángulo de deflexión entre dos rasantes que se cortan, queda definido
por la expresión:
θ radianes = (i1 – i 2) (Ecuación 5)
Es decir θ es la diferencia algebraica de las pendientes de entrada y
salida en valor absoluto, expresadas en m/m. Las pendientes deberán
considerarse con su signo, según la definición:
+ Pendiente de Subida según el avance de Dm.
- Pendiente de Bajada según avance de Dm.
Toda vez que la deflexión θ es igual o mayor que 0,5% = 0,005 m/m, se
deberá proyectar una curva vertical para enlazar las rasantes. Bajo esta
magnitud se podrá prescindir de la curva de enlace ya que la discontinuidad es
imperceptible para el usuario.
30
La deflexión θ se repite como ángulo del centro para una curva circular
de radio R, que sea tangente a las rasantes a enlazar, en los mismos puntos
que la parábola de segundo grado.
Bajo las circunstancias descritas el desarrollo de la curva vertical de
enlace queda dado por:
Lv = R *Φ = R *(i1 –i2)
i1 e i2 expresados en m/m.
(Ecuación 6)
Adoptando la nomenclatura correspondiente a la parábola de segundo
grado, el radio R pasa a llamarse “K” que corresponde al parámetro de esta
curva. Finalmente, dentro del rango de aproximaciones aceptadas, el desarrollo
de la curva de enlace se identifica con:
Lv = 2* T
(Ecuación 7)
Siendo 2T la proyección horizontal de las tangentes a la curva de enlace.
“Elementos de la Curva Vertical”
Figura Nº 4
31
I: Pendiente de la rasante.
Φ: Angulo de deflexión entre dos rasantes que se cortan.
T: Proyección horizontal de las tangentes a la curva de enlace.
K: Parámetro de la parábola de segundo grado
f: Flecha; Distancia máxima entre la rasante y la curva de enlace
X: Proyección horizontal de la distancia entre el principio de curva y un punto
dentro de la curva vertical.
Y: Diferencia de altura entre el principio de curva y la rasante en la proyección
vertical.
A partir de la figura Nº 4 es posible determinar las ecuaciones
algebraicas de los elementos presentes en la curvas vertical, estas son las
siguientes:
(Ecuación 7)
(Ecuación 8)
(Ecuación 9)
(Ecuación 10)
b) Longitud Mínima de Curvas Verticales
Por condición de comodidad y estética, la longitud mínima de las curvas
verticales está dada por:
2T (m) ≥Vp (km/h)
(Ecuación 11)
Es decir, el desarrollo mínimo de la curva vertical será el correspondiente
al número de metros que representa la velocidad de proyecto de la carretera,
expresada en Km/h.
32
En los casos en que la combinación parámetro mínimo ángulo de
deflexión θ no cumple con esta condición de desarrollo mínimo, se determinará
el parámetro mínimo admisible a partir de:
K = 2T Mínimo / θ = Vp/ θ (Ecuación 12)
c) Pendientes Máximas
En la siguiente tabla establece las pendientes máximas admisibles según
la categoría de la carretera o camino.
Tabla Nº 2
“Pendientes máximas admisibles”
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.204.301.A
d) Pendientes Mínimas
Es deseable proveer una pendiente longitudinal mínima del orden de
0,5% a fin de asegurar en todo punto de la calzada un eficiente drenaje de las
aguas superficiales. Se distinguirán los siguientes casos particulares:
a) Si la calzada posee un bombeo o inclinación transversal de 2% y no existen
soleras o cunetas, se podrá excepcionalmente aceptar sectores con pendientes
33
longitudinales
de hasta 0,2%.
Si el bombeo es
de 2,5% o
mas,
excepcionalmente se podrán aceptar pendientes longitudinales iguales a cero.
b) Si al borde del pavimento existen soleras, la pendiente longitudinal mínima
deseable será de 0,5% y mínima absoluta 0,35%.
c) En zonas de transición de peralte en que la pendiente transversal se anula, la
pendiente longitudinal mínima deberá ser de 0,5% y en lo posible mayor.
Si los casos analizados precedentemente se dan en cortes, el diseño de
las pendientes de las cunetas deberá permitir una rápida evacuación de las
aguas, pudiendo ser necesario revestirlas para facilitar el escurrimiento.
2.3 Proyecto Definitivo: Alineamiento Horizontal
Las mejoras en el diseño geométrico del Proyecto Preliminar implican
cumplir con ciertos criterios mínimos establecidos en el Manual de Carreteras y
por otro lado, para disminuir los volúmenes de movimientos de tierra será
necesario modificar ciertos elementos de alzado.
Además de los criterios expuestos anteriormente, se necesitará cumplir
con los siguientes parámetros en el alineamiento horizontal y vertical. La
metodología es la siguiente:
2.3.1 Distancias De Visibilidad
Un camino debe ser diseñado de manera tal que el conductor cuente
siempre con una visibilidad suficiente como para ejecutar con seguridad las
diversas maniobras a que se vea obligado o que decida efectuar. En general, el
34
conductor requiere de un tiempo de percepción y reacción para decidir la
maniobra a ejecutar y un tiempo para llevarla a cabo. Durante este tiempo total,
el o los vehículos que participan en la maniobra recorren distancias que
dependen de su velocidad de desplazamiento y que determinan, en definitiva,
las distintas distancias de visibilidad requeridas en cada caso.
2.3.2 Velocidad Asterisco (V*)
Es la velocidad utilizada para el cálculo de distancia de visibilidad de
parada. Esta velocidad es mayor que la Vp de proyecto, pero menor que la
V85% (ver pagina Nº 28) prevista para el diseño dinámico en planta, al cual
están sometidos el cien por ciento de los usuarios que circulan a esa velocidad.
2.3.3 Velocidades V* Adoptadas.
Los casos en que se debe diseñar considerando la existencia de
Distancia de Parada para Velocidades por sobre las de proyecto, y las V*
adoptadas, son:
a) Alineaciones Rectas que incluyen una Curva Vertical Convexa que limita la
visibilidad, y Curvas Horizontales precedidas por una recta, con o sin Curva
Vertical Convexa:
Si 400 m < Lr < 600 m
V* = Vp + 5 km/h
(Ecuación 13)
Si Lr > 600 m
V* = Vp + 10 km/h (Ecuación 14)
b) Curvas Horizontales precedidas por una recta cuya longitud no supera los
400 m, pudiendo existir o no una curva Vertical Convexa. Si Rm es el radio
horizontal mínimo para Vp, V* adopta los siguientes valores:
35
R ≤ 1,15 Rm
1,15 Rm < R ≤ 1,30 Rm
R > 1,30 Rm
V* = Vp km/h
(Ecuación 15)
V* = Vp + 5 km/h
(Ecuación 16)
V* = Vp + 10 km/h
(Ecuación 17)
(Con Rm = Radio Minimo)
2.3.4 Distancia De Parada
En todo punto de un Camino, un conductor que se desplace a la
Velocidad V*, por el centro de su pista de tránsito, debe disponer al menos de la
visibilidad equivalente a la distancia requerida para detenerse ante un obstáculo
inmóvil, situado en el centro de dicha pista.
Se considera obstáculo aquél de una altura igual o mayor que 0,20 m,
estando situados los ojos de conductor a 1,10 m, sobre la rasante del eje de su
pista de circulación.
La distancia de parada sobre una alineación recta de pendiente uniforme,
se calcula mediante la expresión:
(Ecuación 18)
Dp =
Distancia de Parada (m)
V=
Vp o V* Según lo definido en 3.201.302
tp =
Tiempo de Percepción + Reacción (s)
r=
Coeficiente de Roce Rodante, Pavimento Húmedo
i=
Pendiente Longitudinal (m/m)
36
+i=
Subidas respecto sentido de circulación
-i=
Bajadas respecto sentido de circulación
Tabla Nº 3
“Distancia mínima de parada en horizontal “Dp””
.
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.202.2.A
2.3.5 Distancia De Adelantamiento
La Distancia de Adelantamiento “Da”, equivale a la visibilidad mínima que
requiere un conductor para adelantar a un vehículo que se desplaza a velocidad
inferior a la de proyecto; esto es, para abandonar su pista, sobrepasar el
vehículo adelantado y retornar a su pista en forma segura, sin afectar la
velocidad del vehículo adelantado ni la de un vehículo que se desplace en
sentido contrario por la pista utilizada para el adelantamiento.
De lo expuesto se deduce que la Visibilidad de Adelantamiento se
requiere sólo en caminos con pistas para tránsito bidireccional. En carreteras
con pistas unidireccionales no será necesario considerar en el diseño el
concepto de distancia de adelantamiento, bastando con diseñar los elementos
para que cuenten con la visibilidad de parada.
37
La línea de visual considerada en este caso será aquella determinada
por la altura de los ojos de uno de los conductores (1,10 m) en un extremo y la
altura de un vehículo (1,2 m) en el otro. Para simplificar la verificación se
considerará que al iniciarse la maniobra todos los vehículos que intervienen se
sitúan en el eje de la pista de circulación que les corresponde, según el sentido
de avance.
La tabla Nº 4 entrega los valores mínimos a considerar en el diseño como
visibilidades adecuadas para adelantar. Las distancias de adelantamiento se
dan en función de la Velocidad de Proyecto Vp, considerando que difícilmente
se intentarán maniobras de adelantamiento respecto de vehículos que circulan
a velocidades mayores.
Tabla Nº 4
“Distancia Mínima de Adelantamiento”
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.202.3.A
2.3.6 Alineamiento Recto
Para
comprender
de
mejor
forma
integra
las
condiciones
del
alineamiento Recto, es necesario definir otra de las velocidades utilizadas para
el Diseño Geométrico de Caminos, esta es la Velocidad Percentil 85 (V85%):
38
Es aquella velocidad no superada por el 85% de los usuarios en un tramo de
características homogéneas, bajo las condiciones de tránsito prevalecientes,
estado del pavimento, meteorológica y grado de relación de este con otras vías
y con la propiedad adyacente. Cuando dichas condiciones no imponen
restricciones, la V85% suele ser mayor que la velocidad de proyecto,
independientemente de si la velocidad de proyecto que está señalizada,
corresponde a la máxima legal, etc. (Ello siempre que el tramo no tenga control
policial habitual).
En consecuencia, el 85% de los usuarios circula a la V85% o menos y un
15% de los usuarios supera dicha velocidad.
Tabla Nº 5
“Criterios de preedición de la V85% en función de Vp y Lr, para Vp entre 40 y
120 Km/h”
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.201.301(1).A
En caminos direccionales de dos pistas, existe la necesidad de proveer
secciones que posean visibilidad para adelantar, esto justifica un mayor uso de
las rectas como elemento de diseño.
En rectas de longitud comprendida entre 8 veces la Vp (Velocidad de
Proyecto) y 10 veces la Vp, que estén enlazados con curvas mayor o igual a la
V85%, determinada en la Nº 8, cubriendo adecuadamente las necesidades del
proyecto.
39
a) Longitudes Máximas en Recta
Se procurará evitar longitudes en recta superiores a:
Lr (m) = 20 Vp (km/h)
(Ecuación 19)
Lr = Largo en m de la Alineación Recta
Vp = Velocidad de Proyecto de la Carretera
b) Longitudes Mínimas en Recta.
Se debe distinguir las situaciones asociadas a curvas sucesivas en
distinto sentido o curvas en “S” de aquellas correspondientes a curvas en el
mismo sentido.
2.3.7 Curvas Circulares
a) Radios Mínimos Absolutos
Los radios mínimos para cada velocidad de proyecto, calculados bajo el
criterio de seguridad ante el deslizamiento, están dados por la expresión:
(Ecuación 20)
Rm : Radio Mínimo Absoluto (m)
Vp : Velocidad Proyecto (Km/h)
pmáx : Peralte Máximo correspondiente a la Carretera o el Camino (m/m)
t máx : Coeficiente de fricción transversal máximo correspondiente a “Vp “.
40
Tabla Nº 6
“Valores máximos para el peralte y la fricción transversal”
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.203.302.A
Tabla Nº 7
“Radios mínimos absolutos en curvas horizontales”
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.203.302.B
Los radios mínimos sólo podrán ser empleados al interior de una
secuencia de curvas horizontales, cuando estén comprendidos dentro del rango
aceptable para curvas horizontales consecutivas.
Al final de tramos rectos de más de 400 m de largo, el menor radio
autorizado será aquel cuya Velocidad Específica sea igual o mayor que la
V85%, según lo expuesto en la tabla Nº 8.
Tabla Nº 8
“V 85%, al final de una recta según longitud y velocidad de proyecto”
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.201.301(1).B
41
La figura Nº 5, entrega el valor de los peraltes a utilizar en Carreteras y
Caminos, los que están dados exclusivamente en función del radio
seleccionado.
“Relación Radio Peralte para Carreteras y Caminos”
Figura Nº 5
42
De la lámina se deducen los peraltes utilizados para caminos según el
radio:
25≤ R ≤ 350
p=7%
(Ecuación 20)
350< R ≤ 2500
p = 7% - 6,08 ( 1 – 350/R)^1,3
(Ecuación 21)
2500< R ≤ 3500
b=2%
(Ecuación 22)
R> 3500
p = Bombeo (C.P.)
(Ecuación 23)
2.3.8 Desarrollo de Peralte en Curvas Circulares Sin Curvas de Enlace
Los casos particulares en que no se consulta el empleo de clotoides,
son:
- Caminos de Desarrollo con Vp 30 km/h.
- Curvas cuya deflexión (ω) está comprendida entre 2g y 6g en las que no se
emplearán clotoides de enlace.
- Curvas cuyos radios superen 1500 m para caminos con Vp ≤ 80
km/h ó
3000 m para carreteras con Vp ≥ 80 km/h.
a) Longitud del Desarrollo del Peralte
Considerando la posición normal del eje de giro del peralte, la longitud
requerida para la transición desde el bombeo (-b) al peralte total (+p) o (-p),
queda dada por:
(Ecuación 24)
l = Longitud del desarrollo del peralte (m)
n = Números de pistas entre el eje de giro del peralte y el borde de la calzada.
43
a = Ancho normal de una pista (m). Se prescinde de los posibles ensanches
Δp = Variación total de la pendiente transversal de la calzada.
Δ = Pendiente Relativa del Borde de la Calzada, respecto de la pendiente
longitudinal del eje de la vía (%), cuyos valores normales y máximos se dan en
la Tabla Nº 9.
Tabla Nº 9
“Valores admisibles Pendiente Relativa de Borde Δ%”
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.203.305(3).A
La tasa de Giro Es la longitud necesaria, expresada en metros, para
lograr un giro de 1% en torno al eje.
b) Giro en los Bordes de una Calzada Bidireccional
Cuando la calzada en recta posee inclinación transversal a dos aguas y
se desea dar el peralte en torno al borde interior de la curva, borde derecho en
curvas a la derecha, es necesario inicialmente lograr el bombeo único girando
en torno al eje, para posteriormente cambiar el eje de giro al borde interior
(figura b de la Lámina 3.203.305.A, del Manual de Carreteras). En ambos casos
la longitud de transición está dada por:
(Ecuación 25)
44
c) Condicionantes para el Desarrollo del Peralte
Proporción del Peralte a Desarrollar en Recta: Cuando no existe curva de
enlace de radio variable entre la recta y la curva circular, el conductor sigue en
la mayoría de los casos una trayectoria similar a una de estas curvas, la que se
describe parcialmente en uno y otro elemento. Lo anterior permite desarrollar
una parte del peralte en la recta y otra en la curva, normalmente el 70 % del
peralte se desarrolla en la recta y el otro 30% en curva. En ciertas
oportunidades, el tránsito en sentido contrario puede restringir la libertad para
desarrollar esta maniobra y por tanto el peralte a desarrollar en recta, debe
alcanzar a un mínimo que no incrementa peligrosamente el coeficiente de
fricción transversal a utilizar en el sector inicial de la curva.
Tabla Nº 10
“Proporción del peralte a desarrollar en recta”
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.203.305(4).A
Las situaciones mínima y máxima se permiten en aquellos casos,
normalmente en trazado en montaña, en que por la proximidad de dos curvas
existe dificultad para cumplir con algunas de las condicionantes del desarrollo
del peralte.
2.3.9 Sobreancho en Curvas Circulares
El sobreancho requerido equivale al aumento del espacio ocupado
transversalmente por los vehículos al describir las curvas más las huelgas
teóricas adoptadas, (valores medios).
45
El sobreancho será consecuente para curvas de radio pequeño y
mediano,
según
sea
el
tipo
de
vehículos comerciales
que
circulan
habitualmente por el camino, de este modo, se deberá ensanchar la calzada
con el objeto de asegurar espacios libres adecuados (huelgas), entre vehículos
que se cruzan en calzadas bidireccionales o que se adelanten en calzadas
unidireccionales, y entre los vehículos y los bordes de calzadas.
Las huelgas teóricas consideradas para los vehículos comerciales de 2,6
m de ancho, en recta y en curva, según el ancho de una calzada de dos pistas,
son:
Tabla Nº 11
“Clasificación funcional para diseño de caminos rurales”
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.203.306.1
h1 = Huelga entre cada vehículo y el eje demarcado
h2 = Huelga entre la cara exterior de los neumáticos de un vehículo y el borde
exterior de la pista por la que circula (en recta) o de la última rueda de un
vehículo simple o articulado y el borde interior de la calzada en curvas.
h2 ext = Huelga entre el extremo exterior del parachoques delantero y el borde
exterior de la calzada, h2 ext . h2 en recta y h2 ext = 0 en curvas ensanchadas.
El cálculo detallado del sobreancho en curvas circulares de carreteras y
caminos se desarrolló mediante el análisis geométrico de las trayectorias que
46
describen los diferentes vehículos, considerando el ancho de calzada y las
huelgas definidas.
2
Sn = n *
Lo
− 0.2 (Ecuación 26)
2* R
n = número de Pista
Lo= Longitud de Vehiculo Tipo.
R= Radio de la curva.
h1= Huelga entre cada vehiculo y el eje demarcado
h2=huelga entre la cara exterior de los neumáticos de un vehiculo y el borde
exterior de la pista por la que circula de la pista en recta o de la ultima rueda de
un vehiculo del borde interior de la calzada en curvas.
Tabla Nº 12
“Ensanche de la calzada E (m)”
Si e.int calculado ≤0,35, se adopta e.ext=0 y se da todo el ensanche E en e.int.
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.203.306(2).B
47
a) Desarrollo del Sobreancho en Caminos de Desarrollo
Las curvas que requerirán sobreanchos en los Caminos de Desarrollo se
asocian a velocidades de diseño del orden de 50 km/h, es decir velocidades de
operación moderadas. En estas circunstancias un desarrollo de 40 metros en la
recta precedente resulta adecuado cualquiera que sea la magnitud del
ensanche y, si el tramo recto es de menor longitud, el ensanche deberá
desarrollarse en la longitud existente, la que en todo caso se procurará no sea
menor de 30 m.
Si el camino no posee pavimento la transición del ensanche total se
generará linealmente, tal como si existiera una clotoide, pero en este caso a lo
largo de la recta que precede al PC.
La Demarcación del eje de las pistas ensanchadas de un Camino de
Desarrollo que cuenten con pavimento, se define incrementando linealmente el
ancho de la pista exterior, tal como si existiera una clotoide, pero en este caso a
lo largo de la recta que precede al PC.
48
2.4 Proyecto Definitivo: Alineamiento Vertical
Los criterios de Diseño para Curvas Verticales que se utilizan son:
a) Las curvas verticales deben asegurar en todo punto del camino la Visibilidad
de Parada, ya sea que trate de calzadas bidireccionales o unidireccionales.
b) En calzadas bidireccionales, si las condiciones lo permiten, el proyectista
podrá diseñar curvas de enlace por criterio de visibilidad de adelantamiento, con
lo que se asegura sobradamente la visibilidad de parada.
c) El Manual de Carreteras considera como situación general el caso Dv < 2T,
ya que, este caso implica diseños más seguros y la longitud de curva de enlace
resultante de Dv > 2T, normalmente debe ser aumentada por criterio de
comodidad y estética.
d) En curvas verticales convexas o cóncavas del tipo 1 y 3 (Lámina
3.204.401.A, del Vol. 3 Manual de Carreteras.), la Visibilidad de Parada a
considerar en el cálculo del parámetro corresponde a la distancia de parada de
un vehículo circulando a velocidad V* en rasante horizontal. Ello en razón de
que el recorrido real durante la eventual maniobra de detención se ejecuta parte
en subida y parte en bajada, con lo que existe compensación del efecto de las
pendientes.
2.4.1 Parámetros Mínimos por Visibilidad de Parada
a) Curvas Verticales Convexas.
Se considera la distancia de parada sobre un obstáculo fijo situado sobre
la pista de tránsito y la altura de los ojos del conductor sobre la rasante de esta
pista. El parámetro queda dado por:
49
(Ecuación 27)
Kv = Parámetro Curva Vertical Convexa (m)
Dp = Distancia de Parada f(V*) m
h1 = Altura Ojos del Conductor 1,10 m
h2 = Altura Obstáculo Fijo 0,20 m
Luego:
(Ecuación 28)
b) Curvas Verticales Cóncavas
Se considera la distancia de parada para visibilidad nocturna sobre un
obstáculo fijo que debe quedar dentro de la zona iluminada por los faros del
vehículo.
El parámetro queda dado por:
(Ecuación 29)
Kc = Parámetro Curva Vertical Cóncava (m)
Dp = Distancia de Parada f (Vp) (m) (Se considera que de noche los usuarios
no superan Vp)
h = Altura Focos del Vehículo = 0,6 m
β = Angulo de Abertura del Haz Luminoso respecto de su Eje = 1°
(Ecuación 30)
En la Tabla Nº 13 se resumen los valores de Kv calculados según la
expresión precedente considerando Dp para V*= Vp y los valores adoptados
50
para Kv si V* = Vp + 5 ó Vp + 10, los que están aminorados dentro de límites de
seguridad razonables.
Para velocidades de 50 km/h y menores, los valores de la Tabla se han
incrementado respecto de los valores teóricos dados por las expresiones de
cálculo, ello con el objeto de no sobrepasar las aceleraciones radiales en
vertical, máximas recomendables, que experimenten los usuarios.
Tabla Nº 13
“Parámetros mínimos en curvas verticales por criterio de Visibilidad de Parada”
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.204.403.A
2.4.2 Parámetros Mínimos por Visibilidad de Adelantamiento.
En este caso, a considerar en caminos bidireccionales, tienen relevancia
las curvas verticales convexas, ya que en las cóncavas las luces del vehículo
en sentido contrario son suficientes para indicar su posición y no existe
obstáculo a la visual durante el día a causa de la curva.
(Ecuación 31)
El parámetro mínimo para curvas convexas por condiciones de
adelantamiento está dado por:
51
Ka = Parámetro Mínimo para Visibilidad Adelantamiento (m)
Da = Distancia de Adelantamiento f (v) (m)
h1 = Altura Ojos Conductor 1,10 (m)
h5 = Altura Vehículo en Sentido Contrario 1,2 (m)
Luego:
(Ecuación 32)
Tabla Nº 14
“Parámetro mínimo curvas verticales convexas para asegurar visibilidad de
adelantamiento”
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras. Tabla 3.204.405.A
Los valores de Ka que figuran en la Tabla precedente están calculados
para Da< 2T, que será el caso real toda vez que se tenga V = 60 km/h. De
hecho, para las Visibilidades de Adelantamiento, los parámetros Ka resultan
prohibitivos para V > 60 km/h.
Eventualmente, para velocidades muy bajas y moderadas se cumplirá
que Da >2T y calculando con la expresión correspondiente, se logra reducir el
parámetro requerido para asegurar Da.
52
CAPITULO III: DESARROLLO
El diseño geométrico de este proyecto, se realiza en dos etapas, según
las utilidades y ventajas de cada uno de los softwares. Así se logró facilitar las
labores de diseño y complementar las utilidades entre programas.
3.1 Diseño Geométrico
El proyecto de la Ruta Camino La Mina fue catalogado por la Dirección
de Vialidad como de Desarrollo, la tabla siguiente muestra las posibles
velocidades para esta categoría.
Tabla Nº 15
“Velocidades Referenciales Caminos de Desarrollo”
Tipo de terreno
Velocidades referenciales (Km/h)
Terreno Favorable
Terreno Difícil
50 y 40
30
El camino es de tipo bidireccional, con un ancho de calzada 3.5m y no
presenta soleras ni bermas.
Los estudios de hidrología, mecánica de suelos, tránsito del camino y
topografía, determinaron que el espesor de la Base Granular será de 0,2 m , la
capa asfáltica de 0.04 m y doble bombeo de 3%.
53
Al presentar el camino geometría restrictiva y con velocidades de
proyecto bajas, se optó por realizar el trazado horizontal mediante rectas unidas
por curvas sin enlace clotoidal.
Se definió una longitud de escarpe medida desde el eje de 3.30m con
una profundidad de 30cm, con el objetivo de evitar problemas en los bordes de
la calzada pavimentada debido a la vegetación.
En el camino existe un badén entre los km 3259.327 km 3291,433, este
sector no se cúbica ya que no se considera pavimento sobre el badén, solo el
empalme en las losas de entrada y salida.
El perfil tipo del proyecto, se realizó en base a los estudios antes
mencionados, el que se muestra en la figura Nº 6.
54
Fuente: Elaboración Propia
“Perfil Tipo Proyecto La Mina”
Figura Nº 6
55
3.1.1 Proyecto Preliminar
Según la información obtenida en terreno y la categoría del camino se
determinan los parámetros iniciales, los cuales permitirán generar un Diseño
Geométrico del camino, y estimar los volúmenes totales de movimientos de
tierras.
Las características utilizadas en el Diseño Geométrico Preliminar del
proyecto del Camino La Mina son:
•
Camino de Desarrollo
•
Velocidad de Proyecto 50 Km/hr.
•
Doble Bombeo de 3%
•
Trazado en planta: Líneas Rectas y curvas circulares.
•
Pendiente Longitudinal mínima de 0.5%.
a) Alineamiento Horizontal
Los parámetros de diseño se toman en base a lo estipulado en el Manual
de Carreteras volumen 3. Estos parámetros están directamente relacionados
con la velocidad de proyecto escogida, en este caso se opta por utilizar la
Velocidad de Proyecto de 50 km/h que es la mayor para la categoría.
Los parámetros límites que satisfacen el diseño para la velocidad de
proyecto de 50 Km/h son los siguientes.
56
Tabla Nº 16
“Parámetros correspondientes a Vp = 50 km/h”
Vp
Rm (m)
(km/h)
Dc min.
T máx.
P máx.
(m)
50
80
14
0.182
PRB (%)
(%)
ΔMIN
ΔN
ΔMAX
7
0,35
0,7
1,5
Tabla Nº 17
“Distancia de Parada mínima para una Vp= 50 km/h”
Dp min. (m)
Vp (km/h)
V* = 50 km/h
V* = 65 km/h
V* = 70 km/h
50
52
60
70
Estos valores permitieron verificar que el diseño en planta cumpla con
las condiciones mínimas exigidas por la norma actual, asegurando así la
correcta funcionalidad del camino.
Por otra parte, se evitó la utilización de parámetros mínimos en el diseño,
ya que así se logra mantener un margen de seguridad mayor a los usuarios de
las pistas.
En la siguiente tabla de rectas y curvas se muestran los valores de los
distintos elementos de diseño propios de cada curva del camino.
57
Tabla Nº 18
“Cuadro de Rectas y Curvas”
V
Angulo en
el
Vértice(g)
Distancia
Entre
Vértices(m)
CURVAS
Radios(m)
Tangentes(m)
Desarrollo(m)
RECTAS
Distancias
[m]
Acumuladas(m)
V-1
Inicio
53,335
37,029
16,307
V-2
206,914
300
16,307
55
28,139
200
49,097
35
26,402
200
56,928
100
12,473
80
6,958
150
17,773
230
68
PC
740,795
FC
828,857
PC
853,676
FC
957,791
PC
971,673
FC
1200,137
PC
1235,517
FC
1461,645
PC
1593,878
FC
1651,144
PC
1704,185
FC
1758,214
FC
1858,699
PC
1883,412
FC
1940,363
PC
57,266
27,16
V-11
166,2332
100
V-12
221,2175
80
53,041
27,16
26,663
13,456
126,304
100,485
12,363
205,2442
629,874
132,234
152,426
V-13
FC
226,128
68
236,6012
388,972
35,38
311,901
V-10
PC
228,463
17,773
184,9842
343,734
13,882
253,194
V-9
FC
104,115
6,958
211,047
286,819
24,819
123,547
V-8
PC
88,062
12,473
215,8
190,529
110,922
157,463
V-7
FC
240,901
56,928
164,6926
167,062
45,239
324,231
V-6
PC
56,914
26,402
117,7147
115,043
96,29
132,413
V-5
FC
23,467
49,097
230,65
69,61
52,019
100,704
V-4
PC
45,432
28,139
139,7879
37,029
32,582
89,879
V-3
Pto.
300
24,713
12,363
102,081
56,951
32,767
58
V
Angulo en
el
Vértice(g)
V-14
Distancia
entre
Vértices(m)
213,8519
CURVAS
Radios(m)
Tangentes(m)
300
Desarrollo(m)
RECTAS
Distancias
[m]
Acumuladas(m)
65,275
32,767
307,175
171,9471
160
35,834
150
13,729
100
11,726
300
37,067
60
30,635
200
30,798
250
17,639
35
78,264
33,908
37,082
16,36
201,2313
213,145
200
FC
2827,702
PC
2884,352
FC
2986,336
PC
3047,453
FC
3095,691
PC
3130,91
FC
3162,253
PC
3225,446
FC
3307,768
PC
3349,064
FC
3904,55
Final
41,296
20,722
576,208
V-26
2708,487
3259,354
20,722
V-25
PC
63,193
44,356
V-23
2634,727
31,343
44,356
85,0576
FC
35,22
93,338
V-22
2479,438
48,238
17,639
208,9686
PC
61,116
96,675
V-21
2456,093
101,985
30,798
180,5461
FC
56,649
163,418
V-20
2359,934
119,215
30,635
260,1068
PC
73,76
186,917
V-19
2332,553
155,289
37,067
215,6523
FC
23,345
204,082
V-18
2314,717
96,16
11,726
214,8616
PC
27,381
121,614
V-17
2244,213
17,835
13,729
211,6209
FC
70,505
67,398
V-16
2005,638
238,574
35,834
V-15
Pto.
555,486
59
b) Alineamiento Vertical
El alzado se diseñó mediante el criterio de rasante envolvente, esto
consiste en tratar de mantener la rasante ya existente con el fin de reducir los
movimientos de tierra.
Los parámetros límites que satisfacen el diseño para la velocidad de
proyecto de 50 Km/h según lo estipulado en el MC son los siguientes:
Tabla Nº 19
“Parámetros para Vp = 50 km/h”
Vp (km/h)
50
Pendientes máximas admisibles (%)
9
T min (m)
50
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras
Tabla Nº 20
“Parámetro de la parábola de segundo grado para Vp =50 km/h”
Vp
(km/h)
50
Curvas convexa (Kv)
Curvas cóncavas (Kc)
V* = Vp
V* = Vp+5
V* = Vp+10
V* = 50 km/h
km/h
km/h
km/h
700
950
1100
1000
Fuente: Volumen 3 Manual de carreteras
Para asegurar una correcta evacuación de la aguas superficiales en el
caso que existe transición de peraltes donde la pendiente transversal se anula,
se aseguró una pendiente longitudinal mínima de 0.5%, además del 3% de
doble bombeo establecido.
La tabla Nº 21 muestra los valores de los obtenidos de los distintos
elementos de la rasante.
60
Tabla Nº 21
“Elementos de la Alineación Vertical”
Distancias
Vértice
V-1
Punto
CURVAS VERTICALES
Acumuladas
Longitud
Parámetro K
[m]
2T [m]
Convexa
PENDIENTES
Longitud en
Cóncava
%
Inicio
V-2
199,43
50
2997,39
199,59
85
199,34
-1,025
Deflex.
m.
35
35
60
FC
COTAS
199,21
0,643
PC
V-3
pend.Unif.
42,624
127,624
198,9
15
V-4
Deflex.
142,624
198,9
-0,392
PC
V-5
227,377
267,377
FC
198,57
80
3483,88
198,41
307,377
199,17
1,904
PC
V-6
FC
406,97
PC
446,692
199,93
60
3500,92
200,5
200,56
0,19
486,692
FC
PC
6609,17
200,71
526,692
201,27
202,99
100
4803,93
203,69
749,766
203,35
-0,681
PC
V-9
202,32
100
5724,59
201,98
1001,416
202,51
1,066
PC
V-10
204,83
200
5614,86
205,9
1418,909
203,4
-2,496
PC
V-11
FC
1533,096
PC
1671,242
202,05
60
2896,97
201,3
201,17
-0,425
1711,242
FC
PC
2091,07
200,42
1751,242
201,78
207,09
100
1439,31
208,79
2007,369
207,01
-3,547
PC
V-14
2020
2120
FC
156,127
1907,369
1957,369
FC
138,146
200,59
80
3,401
V-13
54,187
1473,096
1503,096
V-12
217,493
1218,909
1318,909
FC
151,65
901,416
951,416
FC
123,074
649,766
699,766
FC
39,722
200,63
80
1,401
V-8
39,593
346,97
376,97
V-7
84,753
2220
12,631
206,57
200
6873,44
203,02
202,38
61
Distancias
Vértice
Punto
PC
V-15
Longitud
Parámetro K
[m]
2T [m]
Convexa
Cóncava
PENDIENTES
Longitud en
COTAS
%
pend.Unif.
m.
-0,637
18,839
2238,839
2268,839
FC
CURVAS VERTICALES
Acumuladas
202,26
60
2779,82
202,07
2298,839
202,53
1,521
PC
V-16
2347,529
2397,529
FC
203,27
100
3510,81
204,03
2447,529
203,37
-1,327
PC
2680
FC
202,27
300
88174,41
200,28
2830
198,8
-0,987
PC
197,14
100
2125,92
196,64
3098,731
193,8
-5.690
PC
V-19
V-20
V-21
Deflex.
Deflex.
189,15
40
2219,02
188,02
3220,353
187,24
-3,888
39,004
-1,001
32,076
0,554
28,567
3259,357
185,72
3291,433
PC
185,4
3320
V-22
3340
FC
185,56
40
6656,37
185,67
3360
185,66
-0,047
PC
V-23
185,57
100
7356,93
185,54
3659,903
186,2
1,312
PC
V-24
188,31
60
1341,27
188,71
3880,947
190,44
5,786
V-25
161,044
3820,947
3850,947
FC
199,903
3559,903
3609,903
FC
81.6220
3180,353
3200,353
FC
168,731
2998,731
3048,731
FC
82,471
2530
V-17
V-18
48,69
Final
3900
19,053
191,54
Para el Proyecto Preliminar se obtuvieron los siguientes valores de
movimiento de tierras:
Tabla Nº 22
“Cubicaciones Totales Proyecto Preliminar”
Corte (m3)
Total
5840
Terraplén
(m3)
6578
Escarpe(m3)
1741
Base
Capa de
Asfalto(m3) Granular(m3)
1093
5460
62
3.1.2 Proyecto Definitivo
En esta etapa se realizan mejoras al Diseño del Proyecto Preliminar. Al
final del proceso, se obtendrán los resultados finales de movimiento de tierra,
planos y geometría del camino.
Las características utilizadas en el diseño geométrico definitivo del proyecto
La Mina del proyecto son:
•
Camino de Desarrollo.
•
Velocidad de Proyecto 30 Km/h y 40 km/h.
•
Doble Bombeo de 3%.
•
Trazado en planta: Líneas Rectas y curvas circulares.
•
Pendiente Longitudinal mínima de 0.5%.
•
Sobreanchos.
•
Franja de seguridad para corte y terraplén 0,5m.
a) Alineamiento Horizontal
El alineamiento horizontal realizado en el Proyecto Preliminar, no es
compatible con las normas mínimas exigidas por el MC, ya que los parámetros
de radio mínimo para Vp = 50 km/h no se cumplen.
Pese a esto, la solución de la planta lograda se mantiene, ya que la
topografía y dimensiones de la franja fiscal, existente en el lugar, presentan
limitaciones en la selección de los radios de las curvas circulares.
63
Debido a esto se ha optado por utilizar velocidades de proyecto,
sectorizadas por tramo, que permitan cumplir con las condiciones mínimas
exigidas por la norma actual.
Las velocidades de proyectos elegidas para no modificar el alineamiento
en planta se indican en la tabla Nº 23:
Tabla Nº 23
“Cuadro de velocidad de proyecto según tramos”
Principio de tramo (dm)
0,000
629,874
2708,487
Final de tramo (dm)
629,874
2708,487
3904,551
Vp (Km/h)
30
40
30
Los parámetros límites que satisfacen el diseño para las velocidades
escogidas son los siguientes.
Tabla Nº 24
“Parámetros de Diseño según Vp”
Vp (km/h)
Rm (m)
Dc min
(m)
T máx.
P máx.
(%)
30
40
25
50
8.33
11,11
0.215
0.198
7
7
PRB (%)
ΔMIN ΔN ΔMAX
0,35 0.7
0,35 0.7
1,5
1,5
Tabla Nº 25
“Distancia de Parada mínima asignada según Vp”
Vp (km/h)
V* = Vp km/h
Dp min (m)
V* = Vp + 5 km/h
30
40
25
44
31
52
V* = Vp + 10
km/h
38
60
64
Las curvas de radio restrictivo pueden generar problemas para
mantenerse en la pista, por motivos de seguridad, se optó por incorporar
sobreanchos de pista, utilizando un vehículo tipo de 9,5m de largo.
En los sectores de corte y terraplén se dejó una franja de seguridad de
0.5m, para que el borde de la calzada no quede junto al corte o terraplén.
b) Alineamiento Vertical
La rasante obtenida en el Proyecto Preliminar se utilizó para tener una
aproximación de los movimientos de tierra. Esta ahora se debe afinar para
disminuir los volúmenes de movimiento de tierra.
Debido al cambio en las velocidades de proyecto, el alineamiento vertical
debe cumplir con
parámetros diferentes a los utilizados en el Proyecto
Preliminar.
Tabla Nº 26
“Parámetros de Diseño según Vp”
Vp (km/h)
30
40
Pendientes máximas
admisibles (%)
10-12
10-9
T min (m)
30
40
Tabla Nº 27
“Parámetro de la parábola de segundo grado según Vp”
Vp (km/h)
30
40
Curvas convexa (Kv)
V* = 50 km/h V* = 50 km/h V* = 50 km/h
300
400
300
500
320
600
Curvas cóncavas (Kc)
V* = 50 km/h
400
500
65
En la siguiente tabla se muestran los valores obtenidos al proyectar los
distintos elementos de la rasante
Tabla Nº 28
“Elementos de la Alineación Vertical”
Distancias
Vértice
Punto
Acumuladas
[m]
V-1
CURVAS VERTICALES
Parámetro
Longitud
K
2T [m]
Convexa
Cóncava
PENDIENTES
Longitud en
%
Inicio
V-2
199,432
50
2997,39
199,593
85
199,337
-1,025
Deflex.
m.
35
35
60
FC
COTAS
199,207
0,643
PC
V-3
pend.Unif.
42,624
127,624
198,9
15
V-4
Deflex.
142,624
198,9
-0,392
PC
V-5
227,377
267,377
FC
198,568
80
3483,88
198,411
307,377
199,173
1,904
PC
V-6
199,927
60
3500,92
200,498
406,97
200,555
0,19
PC
V-7
200,631
80
6609,17
200,707
526,692
201,267
1,401
PC
V-8
202,992
100
4109,59
203,692
749,766
203,176
-1,032
PC
V-9
202,672
80
10276,03
202,259
878,567
202,157
-0,254
PC
V-10
202,022
100
6937,17
201,895
1031,929
202,489
1,188
PC
V-11
204,709
200
5429,71
205,897
1418,909
203,401
-2,496
PC
V-12
54,187
1473,096
1503,096
FC
186,98
1218,909
1318,909
FC
53,362
931,929
981,929
FC
48,801
798,567
838,567
FC
123,074
649,766
699,766
FC
39,722
446,692
486,692
FC
39,593
346,97
376,97
FC
84,753
202,049
60
2896,97
201,3
1533,096
201,173
-0,425
138,146
66
Distancias
Vértice
Punto
Acumuladas
[m]
PC
V-13
2T [m]
Convexa
Cóncava
PENDIENTES
Longitud en
%
PC
80
1919,04
FC
201,914
PC
207,537
100
1188,03
209,409
2001,436
207,072
206,323
80
2590,37
204,454
2097,466
203,82
-1,585
PC
V-16
203,57
80
11287,14
202,936
2193,248
202,586
-0,876
PC
V-17
202,241
60
1178,79
201,978
2292,599
203,242
4,214
PC
V-18
203,86
80
1117,11
205,546
2387,271
204,367
-2,947
PC
V-19
203,757
80
3762,45
202,578
2487,969
202,25
-0,821
PC
V-20
201,063
80
31727,21
200,735
2712,409
200,306
-1,073
PC
V-21
199,566
80
3283,9
199,137
2861,295
199,682
1,363
PC
V-22
199,95
80
1827,68
200,495
2960,941
199,289
-3,014
PC
V-23
198,15
100
3736,72
196,643
3098,731
193,798
-5,69
PC
V-24
V-25
V-26
Deflex.
Deflex.
81,622
3180,353
3200,353
FC
37,79
2998,731
3048,731
FC
19,646
2880,941
2920,941
FC
68,886
2781,295
2821,295
FC
144,44
2632,409
2672,409
FC
20,698
2407,969
2447,969
FC
14,672
2307,271
2347,271
FC
39,351
2232,599
2262,599
FC
15,782
2113,248
2153,248
FC
16,03
2017,466
2057,466
FC
150,194
1901,436
-4,673
V-15
m.
200,416
1751,242
1951,436
COTAS
200,586
3,744
V-14
pend.Unif.
1671,242
1711,242
FC
CURVAS VERTICALES
Parámetro
Longitud
K
189,153
40
2219,02
188,015
3220,353
187,237
-3,888
39,004
-1,001
32,076
0,554
28,567
3259,357
185,721
3291,433
185,4
67
Distancias
Punto
Vértice
Acumuladas
[m]
PC
V-27
2T [m]
Convexa
Cóncava
PENDIENTES
Longitud en
%
PC
40
6656,37
FC
185,66
PC
185,566
100
7356,93
185,542
3659,903
186,198
188,311
60
1341,27
188,705
3880,947
190,441
5,786
V-30
Final
161,044
3820,947
3850,947
FC
199,903
3559,903
1,312
V-29
m.
185,669
3360
3609,903
COTAS
185,558
-0,047
V-28
pend.Unif.
3320
3340
FC
CURVAS VERTICALES
Parámetro
Longitud
K
19,053
3900
191,543
Para el Proyecto Definitivo se obtuvieron los siguientes valores de
movimiento de tierras:
Tabla Nº 29
“Cubicaciones Totales Proyecto Definitivo”
Corte (m3)
Total
1791
Terraplén
(m3)
6796
Escarpe
(m3)
1741
Capa de
Base
3
Asfalto(m ) Granular(m3)
1093
5460
Al momento de calcular costos y planificar el movimiento de tierras, se
debe tener en cuenta que el material de escarpe se debe reponer con material
de terraplén.
68
3.2 Autocad Land Development Desktop
Para iniciar un trabajo en este programa lo primero que se debe tener en
cuenta es que todo dibujo debe estar asociado a un proyecto. Para el programa,
un proyecto significa entregar los parámetros iniciales al software, y donde se
almacenará la información para ser trabajada en el programa.
Una vez asociado el dibujo a un proyecto, es necesario configurar el
formato con el que se desea trabajar, esto significa, determinar las unidades de
medida que serán utilizadas, las cifras significativas que poseen las
coordenadas y ángulos, definiendo con esto su precisión, escalas (horizontales
y verticales), Datum y proyección con que se va a trabajar, tamaños y tipos de
letras, entre otros.
Luego de realizar esta configuración, se introduce al programa,
la
información de terreno con que se trabajará, es decir, se ingresará la
información topográfica del Levantamiento de la faja del camino existente.
3.2.1 Introducción de los puntos
Los puntos creados en Autocad Land Desktop se denominan puntos
COGO. COGO es un acrónimo que significa Coordinate Geometry (Geometría
analítica). Los puntos COGO se almacenan en una base de datos externa y
están organizados por su número. Estos puntos tienen asociados datos de
entidad ampliados que constan de número y nombre del punto, descripción,
elevación, y ordenadas y abscisas.
La información de los puntos COGO se almacena en el archivo de base
de datos externa points.mdb, al que hacen referencia todos los dibujos de un
69
proyecto. Puesto que los puntos del proyecto están almacenados externamente,
es posible hacer referencia a ellos sin necesidad de trazarlos en el dibujo.
Para el proyecto lo puntos COGO que corresponden a las coordenadas
norte, este, cota y descripción se introducen a través de un archivo que puede
ser descargado de la estación total. Estos se cargan siguiendo el orden con el
cual se obtienen en terreno.
El procedimiento de importación de puntos en Autocad Land Desktop, sigue el
siguiente orden:
Menu colgante: Points
→
Import / Export Point
→
Import Point
”Comandos para importación de Puntos””
Figura Nº 7
70
3.2.2 Alineamiento Horizontal
Una de las primeras etapas en el diseño de un camino es la creación y
definición del alineamiento horizontal.
Para el programa Autocad Land Desktop el diseño de un alineamiento
horizontal deberá ser asociado al proyecto creado en un principio definiéndolo
con un nombre y dirección a la carpeta de proyecto.
Para la realización del alineamiento, se utilizará la información del
levantamiento. Por tratarse de un camino ya existente, esto implica en la
práctica mantener como referencia el eje proporcionado por los datos
topográficos.
Una vez que los puntos ya aparecen en pantalla con su descriptor,
número de punto y elevación, se procede a realizar el alineamiento horizontal.
El trazado de la secuencia de líneas que componen el alineamiento
ocupa estos puntos llamados “eje” del levantamiento, de modo de realizar una
regresión de estos puntos, de manera que estas líneas se ajusten de la mejor
forma posible a los datos topográficos, evitando que éstas se alejen demasiado
del eje del levantamiento.
Una vez definidos los vértices del alineamiento se podrá determinar los
arcos de enlace que mejor se adecuen a estos vértices.
71
“Comandos del Diseño del Alineamiento Horizontal”
Figura Nº 8
Los comandos Utilizados son los siguientes:
Lines / Curves→Curves Between Two Lines (Seleccionar líneas del
Alineamiento).
Para el desarrollo de los siguientes elementos asociados al Alineamiento
Horizontal, es necesario definirlo, entregándole algunos parámetros como Lugar
y Dm de Inicio y termino, además de un nombre que lo individualice.
Para definir el alineamiento se utilizan los comandos:
→Define From Objects
Aligment→Define From Objects (Se definen las entidades que componen el
alineamiento, líneas, arcos, polilíneas, etc.)
72
Existen dos Opciones, según las entidades que se utilizaron para diseñar el
alineamiento.
Define From Objects: Para entidades que son Líneas y Arcos.
Define From Poliline: Para entidades que corresponden a polilínea.
Para el presente proyecto se utilizaron líneas y arcos que componen el
alineamiento (Define From Objects), sin embargo se podrá utilizar uno u otro sin
perjuicio del desarrollo siguiente.
3.2.3 Diseño del Modelo Digital de Terreno (MDT)
Un Modelo digital de Terreno o modelo de superficie es una
representación geométrica tridimensional de la superficie de una zona del
terreno. Los modelos de superficie de éste programa están hechos de
triángulos que se crean conecta los puntos que componen los datos de la
superficie. Los triángulos forman una superficie de red triangulada irregular
(TIN, Triangulated Irregular Network). Una línea TIN es una de las líneas que
componen la triangulación de la superficie.
Para crear líneas TIN, el programa conecta los puntos de superficie que
están más juntos. Estas líneas TIN interpolan las elevaciones de la superficie,
rellenando los espacios en blanco cuando no se tienen datos topográficos ni de
curvas de nivel, para así crear una aproximación de la superficie.
El diseño de las curvas de nivel se realiza en tres etapas:
ƒ
Diseño de la Malla TIN
ƒ
Edición de la Malla TIN
ƒ
Diseño de Curvas de Nivel
73
Para poder realizar el
diseño de las curvas de nivel y la malla TIN se
organiza en menú colgante terrain.
ƒ
Diseño de la Malla TIN
Terrain → Terrain Model Explorer
“Comando para crear TIN”
Figura Nº 9
Al ingresar en este menú se abre una ventana llamada “Terrain Model
Explorer”, que permite definir distintas e individualizar superficies creadas.
74
Fuente de información
para el Diseño de la
Superficie.
“Ventana para La Creación De La Malla TIN Y Las Curvas De Nivel”
Figura Nº 10
Se ingresa un nombre consecuente con la superficie a representar, En
“ Surface Name” , el nombre escogido fue “ la mina 1”·
Se debe además seleccionar los datos topográficos con los cuales se
trabajará, en este caso corresponden a los datos del levantamiento (COGO) del
camino.,
Debido a que esta información se encuentra en un archivo, se indica la
dirección de dicha información. Se seleccionará “Point Files”
“Ventana para La Ubicación del Archivo de Puntos”
Figura Nº 11
75
Para construir la malla TIN se utiliza el comando “Build”, que realiza el
cálculo de la superficie en tercera dimensión. Al seleccionarlo se despliega un
cuadro de dialogo que contiene dos carpetas “Surface” y “ Watershed”. La
primera incluye todas las herramientas relativas a la construcción de la malla, la
segunda, se refiere al cálculo de posibles cuencas sobre la superficie recién
calculada.
“Ventana con Herramientas para La Construcción de la Malla TIN”
Figura Nº 12
Para Poder visualizar la Malla TIN es necesario ingresar nuevamente al
menú Terrain:
76
“Comandos para visualizar malla TIN”
Figura Nº 13
Terrain→Terrain Model Explorer→
“Configuraron de la superficie”
Figura Nº 14
77
En esta ventana se indica el layer donde se va a guardar la malla y la
relación entre factores de escala horizontal y vertical
ƒ
Edición de la Malla TIN
Debido a que el programa obtiene líneas de interpolación que en
ocasiones no concuerdan con la superficie a representar, se realiza una edición
de la malla TIN, lo cual es fundamental para obtener curvas de nivel que sean
cercanas a la forma del terreno.
Para realizar esta labor se debe construir una malla de triángulos que
sea editable y con líneas independientes. Esto se logra con los siguientes
comandos:
Terrain→Surface Display→3D Face
Para editar la Superficie, se utilizan los comandos:
Terrain →Edit Surface→Flip Face
Al seleccionar esta opción las líneas de la malla cambiaran la posición de
los triángulos que la componen.
78
“Malla De Triángulos”
Figura Nº 15
ƒ
Diseño de Curvas de Nivel
Para el diseño de las curvas de nivel se ingresará en el menú Terrain:
Terrain→Contour Style Manager
79
“Ventana Para La Configuración De Las Curvas De Nivel “
Figura 16
En esta ventana se configuran la Apariencia que tendrán las curvas,
además de estilo de texto y su posición respecto a línea curvas.
•
Generación de las Curvas de Nivel.
Para la generación de las curvas de nivel se ingresa en el menú:
Terrain → Create Contour
Donde aparecerá la siguiente ventana:
80
“Ventana Para el Diseño de las Curvas de Nivel”
Figura Nº 17
En surface: Se escoge la superficie base para generar las curvas de nivel.
Elevation Range: Se ingresan las alturas máximas y mínimas a interpolar.
En el cuadro Intervals se encuentran las opciones:
Both Minor and Major : Si se selecciona esta opción, las curvas de nivel índice
y subíndice serán dibujadas.
Major Interval : En este espacio se debe ingresar la equidistancia entre las
curvas índice.
Layer : En este espacio se debe ingresar el nombre del layer dónde se desea
guardar las curvas índice.
Minor Interval : En este espacio se debe ingresar la equidistancia entre las
curvas subíndice.
Layer : En este espacio se debe ingresar el nombre del layer dónde se desea
guardar las curvas subíndice.
81
“Curvas de Nivel”
Figura Nº 18
3.2.4 Obtención de Perfiles Longitudinales
Para la generación del perfil longitudinal, es necesario realizar dos pasos:
•
Obtención de las cotas de terreno
•
Dibujo del perfil longitudinal
Los comandos que se utilizan en esta etapa se encuentran dentro del menú
profile (perfil).
Profiles
→
Existing Ground en donde existen dos posibilidades.
82
“Comandos Para El Diseño De Perfile Longitudinales”
Figura Nº 19
a) Sample From Surface Con esta opción se definen las cotas del perfil
utilizando la superficie generada anteriormente.
Al seleccionar esta opción será necesario introducir en el cuadro de diálogo
llamado “Profile Samplig Setting” la tolerancia para calcular las cotas del
perfil.
b) Sample From File Con esta opción, el origen de las cotas para generar el
perfil provienen de un archivo ASCII. Al seleccionar este comando, el
programa solicita indicar la ubicación del archivo a importar.
83
”Perfil Longitudinal”
Figura Nº 20
3.2.5 Diseño de la Rasante
Para ajustarse de mejor manera a los volúmenes máximos, se utilizan
como criterios fundamentales iniciales de diseño adoptar una categoría
adecuada del camino según la clasificación del Manual de Carreteras, y por otro
lado adoptar a lo largo del eje vial un diseño en alzado adecuado, que intenta
adaptarse a la rasante que poseía la antigua geometría del camino al cual se
desea realizar el cambio de estándar, reduciendo con esto en gran medida el
movimiento de tierras y por ende reduciendo costos en el diseño.
En el programa el diseño de la Rasante se realiza en tres pasos:
a) Dibujo De Los Tramos Rectos
Menu Profiles → Fg Centerline Tangents → Create Tangents , luego en el
menú de comando se selecciona el alineamiento.
84
“Comando para el diseño de tramos rectos”
Figura Nº 21
Point: Se puede dibujar la rasante, indicando libremente con el cursor dónde se
desea el vértice.
Station: Se dibuja un tramo de la rasante, indicando el kilometraje dónde se
desea el siguiente vértice.
Además, se debe ingresar la cota o la pendiente de ese tramo.
Length: Se dibuja el tramo de la rasante, indicando su largo horizontal. Además,
se debe ingresar la cota o la pendiente de ese tramo.
Undo: Cuando se ha dibujado algún tramo errado, es posible eliminarlo con esta
opción, sin necesidad de abandonar el comando.
Exit: Esta opción se utiliza para abandonar el comando, cuando se requiera.
85
b) Dibujo de las Curvas Verticales
Menu Profiles → FG Vertical Curves → Length (2T)
“Ventana para el diseño de tramos Curvas Verticales”
Figura Nº 22
El comando " FG Vertical Curves" despliega un cuadro de diálogo que a
través de la selección de íconos, permite elegir un método para crear curvas
verticales. Entre otros, se pueden dibujar curvas verticales ingresando su largo
horizontal (2T), el parámetro K (radio), por visibilidad de parada, etc.
En este proyecto se utilizó como criterio de diseño de la rasante la distancia 2T
(Lenght).
c) Definición de la Rasante como Alineamiento Vertical.
Además es necesario definir la Rasante como alineamiento vertical. Para
realizar esto se ingresa al menú colgante:
86
Menu Profiles → FG Vertical Alignments → Define FG Cenerline
La información vertical del camino es asociada al alineamiento horizontal.
Por lo tanto, no se crea una segunda base de datos. Sólo existe una, en la cual
los alineamientos tienen información horizontal y vertical.
d) Etiquetado de la rasante
Una vez que la rasante se ha convertido en un alineamiento es posible
etiquetarla con el objeto de obtener la información de cada curva vertical. El
etiquetado se realiza con los siguientes comandos:
Profiles→ Label→Tangent
En este caso se selecciona solo las tangentes.
El etiquetado de la curvas se realiza con el comando:
Profiles→ Label→Vertical Curves
87
“Comandos Para El etiquetado De La Rasante”
Figura Nº 23
Para la selección de los elementos se proyecta primero las líneas de la
rasante, y luego la curva que las une.
“Rasante Etiquetada”
Figura Nº 24
88
3.2.6 Traspaso de la información desde Autocad Land al programa “Vías”.
Para el procesamiento de la información del Diseño Preliminar utilizando
el programa Vías, es necesario una vez realizado todos los pasos descritos
anteriormente y teniendo además definidos los alineamientos horizontal y
vertical, se podrán generar resúmenes o reportes desde Autocad Land, que
vienen con una extensión definida y son leídos por el programa Vías.
a) Reporte Alineamiento Horizontal
La forma de generar estos reportes en Autocad Land es la siguiente:
Aligment→Set Current Aligment
“Comandos Para la Generación de Reportes”
Figura Nº 25
Se selecciona el alineamiento definido. La información de este
alineamiento se utilizará mas tarde en el programa Vías.
89
Para llevar la información del programa Autocad Land Desktop al
software Vías se exporta a través de un archivo en formato ASCII, que luego
debe ser traspasado a formato .txt utilizando el Bloc de Notas de Windows.
Para exportar la información se utilizaron los comandos:
Aligment→ASCII file Output→Output Setting
“Ventana para la configuración de salida de datos”
Figura Nº 26
En seguida se debe ingresar al comando Aligmnets →Edit.
Al entrar en este comando se muestra una ventana llamada “Horizontal
Aligment Editor”, este es un editor de los datos definidos en el alineamiento
horizontal, como se muestra en la Figura Nº 25.
90
”Ventana Edición del Alineamiento Horizontal”
Figura Nº 27
Para identificar al alineamiento de salida se presiona el botón
Station/Curve. Aquí se nombra y direcciona su ubicación.
b) Reporte Alineamiento Vertical
Para obtener la información del Alineamiento Vertical del programa en
formato ASCII, se utilizaron los comandos:
Cross Section→Output Setting
Cross Section→Point Output→T Plate Point To File
91
“Comandos Utilizados Para La Generación De Reportes Alineamiento Vertical”
Figura Nº 28
92
3.3
Software Vías
“Vías” es un software desarrollado en Chile, el cual entrega herramientas
para el diseño de un proyecto vial, siguiendo las normas del Ministerio de Obras
Públicas.
Este software se utiliza una vez realizado el diseño en Autocad Land
Desktop para detallar los datos técnicos del proyecto.
A continuación se indican los pasos a seguir, para desarrollar un
proyecto de diseño vial con el Sofware Vías.
3.3.1 Generar Proyecto
Al crear un proyecto se genera una carpeta principal, la cual almacena
distintas subcarpetas de proyecto, ordenadas y nombradas según tipo de
archivo que almacenan.
La carpeta principal almacena la información generada por el programa
en las distintas etapas de proyecto, por su parte las Subcarpetas de proyecto
almacenan la información de los software compatibles con Vías, además de los
planos y reportes generados.
a) Nuevo Proyecto
Al crear un proyecto, Vías presenta una ventana de configuración, en la
que se debe ingresar el nombre asignado al proyecto, el directorio donde se
desea almacenar y el nombre que tendrá la carpeta principal de proyecto, como
se indica en la figura Nº 29.
93
“Crear Proyecto”
Figura Nº 29
Una vez creado el nuevo proyecto, se debe introducir la información de
Autocad Land a la respectiva carpeta en Vías:
Tabla Nº 30
“Almacenar Reportes”
Reporte Autocad Land
Tipo de archivo
Subcarpeta Vías
Alineamiento horizontal
.txt
C:\la_mina\civil
Perfiles transversales
.txt
C:\la_mina\civil
94
3.3.2 Topografía
a) Editar Perfiles Transversales
En este menú se cargara la información que entrega el reporte “Perfiles
transversales” generado por Autocad Land.
Esto se realiza de la siguiente forma:
Topografía → Editar perfiles Transversales → Archivo → Importar desde Civil
→ Perfiles Transversales.txt
“Perfiles de Proyecto”
Figura Nº 30
95
Como se aprecia en la figura Nº 30, es posible observar, de forma
simultánea el perfil longitudinal de la línea de tierra y sus respectivos perfiles
transversales, lo que permite detectar errores rápidamente.
b) Curvas de Nivel a Partir de Perfiles
Esta herramienta genera curvas de nivel presentes en el camino a partir
de la información generada en los perfiles transversales.
Esto se realiza de la siguiente forma:
Topografía → Generar Curvas de Nivel a Partir de Perfiles → cargar archivos
.*HOR y luego .*TTW
Después de cargar la información correspondiente se deben configurar
las características y formatos con que se desean las curvas.
“Configuración Curvas de Nivel”
Figura Nº 31
96
Una vez realizada la configuración, el programa genera un script, el cual
queda guardado en la subcarpeta de proyecto “DXF”. Para poder visualizar las
curvas realizadas, se debe hacer correr el Script en el programa AutoCad,
siguiendo el siguiente procedimiento.
Tools → Run Script → carpeta principal de proyecto → subcarpeta DXF
→ script.scr
3.3.3 Diseño
Este menú permite introducir al proyecto la información técnica necesaria
en lo que respecta a Diseño Geométrico.
a) Datos De Velocidad De Diseño
Este menú permite introducir la siguiente información de proyecto según
las necesidades geométricas necesarias para cada tramo: Comienzo de tramo,
final de tramo, velocidad de proyecto, bombeo (%), número de pistas, ancho de
pista y si existe berma pavimentada, como se muestra en la imagen.
“Velocidad de Diseño”
Figura Nº 32
97
b) Alineamiento Horizontal
En este menú se cargará la información correspondiente al alineamiento
horizontal que entrega el reporte “Alineamiento horizontal” generado por
Autocad Land.
Esto se realiza de la siguiente forma:
Diseño → Alineamiento Horizontal → Archivo → Importar alineamiento de Civil
→ Alineamiento horizontal.txt
“Alineamiento Horizontal”
Figura Nº 33
98
Una vez cargado el alineamiento, se debe revisar que no existan solapes
entre curvas, para esto se debe ir a:
Diseño → Alineamiento Horizontal → Cálculos → Revisar de solapes y otros
errores.
Si existe solape, se debe realizar nuevamente el diseño de planta en
Autocad Land, ya que resulta más amigable al ser una plataforma especializada
en diseño grafico.
Conforme con el proyecto es posible obtener los siguientes reportes:
Preparación Geodésica del Proyecto, Cuadro de Distancias, Rumbos y
Deflexiones, Alineamiento Horizontal, Rectas y Curvas, en formato Excel.
c) Alineamiento Vertical
En este menú se cargará la información correspondiente al Alineamiento
Vertical a partir del diseño realizado en Autocad Land. La siguiente información
se deben ingresar manualmente a cada vértice existente: Kilometraje, Cota, 2T.
Esta herramienta permite afinar detalladamente el alineamiento vertical
generado en Autocad Land, de manera gráfica o modificando la tabla de
vértices de la rasante. Las modificaciones realizadas, serán actualizadas y
asimiladas inmediatamente por todos los elementos del proyecto.
Como se observa en la figura Nº 34, una vez cargado los datos, se
podrán visualizar en pantalla los perfiles longitudinales correspondientes a la
línea de tierra y a la rasante de proyecto, conjuntamente con sus respectivos
perfiles transversales.
99
“Rasante”
Figura Nº 34
En caso de que los movimientos de tierra se excedan de lo
presupuestado, es aquí donde se ajusta la rasante para que los volúmenes de
cubicación cumplan con los requerimientos del proyecto.
d) Cálculo de Peralte
Para realizar los cálculos de peralte, Vías ocupa archivos creados de
alineamiento horizontal y velocidad de diseño. Para cargar estos datos se debe
seguir el siguiente procedimiento:
100
Diseño → Calculo de peraltes → Nuevo → abrir el archivo con la
extensión.*HOR y luego .*VEL
Una vez cargados estos archivos, aparece una ventana en la que se
elige el método de cálculo
“Configuración para el Calculo de Peraltes”
Figura Nº 35
Al configurar y aceptar, se muestra la siguiente tabla de peraltes, la cual
ocupa la nomenclatura del Manual de Carreteras.
101
“Información de Peraltes Calculados”
Figura Nº 36
Una vez terminado el proceso se genera, un archivo de geometría
variable en formato ASCII, el cual se requiere para las cubicaciones y además
un archivo de peraltes calculados en formato ASCII y Excel.
e) Diseño de perfil de proyecto
En esta herramienta se definen las características fijas de la obra vial
sectorizada por tramos, lo que permite un mejor diseño, ya que la información
está detallada según las necesidades geométricas descubiertas en el estudio
para cada tramo.
Se deben completar las siguientes casillas según la información
correspondiente al proyecto: Comienzo de tramo, final de tramo, ancho
bandejón, ancho de calzada, ancho de berma, sobre ancho de corte, pendiente
102
de corte (v/h), sobre ancho terraplén, pendiente de terraplén (v/h), ancho de
cuneta, pendiente de cuneta (%).
“Configuración de Perfil de Proyecto”
Figura Nº 37
Esta información será luego utilizada en las cubicaciones
f) Sobreancho de Pista
Debido a que Vías no incorpora opciones para cálculo de sobreanchos,
esto se debe realizar manualmente, siguiendo la normativa establecida en el
Manual de Carreteras.
Una vez calculado los sobreanchos correspondientes, se debe ingresar
al programa el kilometraje de los tramos con ancho fijo, definiendo el ancho
correspondiente a cada pista, como se observa en la figura Nº 38.
103
“Configuración para Sobreanchos”
Figura Nº 38
La información de los tramos de ancho variable, corresponden a la
longitud necesaria para realizar la transición de sobreanchos. Los datos de
estos tramos no se ingresan a la tabla ya que Vías, por defecto, los calcula
mediante una interpolación lineal.
3.3.4 Cubicaciones
Para el cálculo de volumen utiliza por defecto el método llamado Tronco
de Pirámide, y cuando el cuociente entre secciones consecutivas es mayor a
1/3 utiliza las fórmulas del método Paralelepípedo. Además es posible realizar
cubicaciones tomando en consideración la curvatura de la tierra.
104
a) Datos Espesores de la Capa
El espesor de capa corresponde al elemento que dará sustento y
estabilidad al camino. La información correspondiente se incorpora al programa
por tramos según su espesor correspondiente, como se muestra en la figura
Nº 39.
“Configuración de Espesores de Capa”
Figura Nº 39
Los volúmenes generados por este concepto quedan detallados en el
reporte de cubicación de pavimentos. Al revisar estos reportes, se debe tener
en cuenta que esta herramienta no considera los derrames de la capa.
b) Datos de Escalones en Corte
Los escalones en corte se utilizan para dar sustentabilidad al terreno
afectado por el corte. La información necesaria a incorporar es la siguiente:
kilometraje del tramo, el ancho de escalón, su pendiente (%), su altura, y su
pendiente V/H.
105
“Configuración Escalones en Corte”
Figura Nº 40
c) Datos de Profundidad de Escarpe
El escarpe puede tener una gran influencia en el resultado final de
costos, ya que el volumen calculado se repondrá con material de terraplén.
En los tramos donde exista escarpe, se debe ingresar la distancia entre
el eje y el comienzo la zona de escarpe, además de la profundidad que le
corresponde.
“Configuración de Escarpes”
Figura Nº 41
d) Datos de Espesores que no se Cubican
En caso de existir en el trayecto del camino algún elemento ajeno a este
como puentes y badenes, este tramo se puede aislar de la cubicación, sean
ambas pistas o solo una.
106
“Configuración Sectores que no se Cubican”
Figura Nº 42
e) Datos de Muros En Terraplén
En el caso existir un elemento que pueda quedar dentro del ancho del
camino, es posible poner una franja de seguridad medida desde el eje a la
izquierda o derecha según se requiera.
g) Cubicación Geométrica y Cubicación de Escarpe
Una vez detallada la información de lo que se desea cubicar, se deben
realizar los siguientes pasos:
Cubicaciones → Cubicación geométrica y de escarpes → Nuevo.
Una vez hecho esto el programa abrirá los archivos que necesita en el
orden que muestra la tabla archivos utilizados que aparece a la derecha de la
pantalla.
Los archivos mínimos necesario para la cubicación son:
•
Perfiles transversales de terreno
•
Alineamiento vertical
•
Geometría fija
107
•
Geometría variable
•
Espesores de capa o pavimento
•
Alineamiento horizontal (si se desea considerar la curvatura de la
tierra).
“Configuración de Cubicaciones”
Figura Nº 43
.
Al término del proceso de cálculo se puede visualizar en pantalla Fig. Nº
44, el perfil longitudinal del proyecto, el cual muestra la línea de tierra (color
verde) y la sub-rasante (color rojo). Igualmente es posible ver los perfiles
transversales del proyecto, estos muestran la línea de tierra (color verde), el
perfil tipo de corte o terraplén (color rojo), escarpes (línea ploma segmentada) y
capa de base granular (color plomo).
108
“Perfiles del Proyecto”
Figura Nº 44
Se debe tener en cuenta que el espesor de la capa presente sobre la
línea de corte o terraplén, la cual fue definida en el menú “Datos de Espesor de
la Capa”, solo permite definir un espesor de capa por tramo de camino, es decir,
en el programa no existe la opción para definir distintos tipos de capas y sus
espesores. Además, esta se dibuja y cúbica sin considerar los derrames.
3.3.5 Obtención de reportes
Una vez terminados los cálculos del proyecto, es posible obtener los
siguientes reportes
109
Esto se hace en: Proyectos → Generación de planillas Excel → Listados.
Una vez ahí se pueden escoger los siguientes informes:
•
Perfiles transversales de terreno
•
Bombeos existentes
•
Alineamiento Horizontal
•
Peraltes calculados
•
Alineamiento Vertical
•
Cubicación de Movimientos de Tierra (Formato MOP y Vías)
•
Cubicación de Pavimentos y Cunetas
•
Listado de Trazas
•
Cubicación de Escarpes
•
Cubicación de Capa Nivelante
“Entrega de Reportes”
Figura Nº 45
Todos estos reportes quedaran guardados en la carpeta Excel presente
en el directorio principal del proyecto.
110
3.3.6 Planos Definitivos.
En el menú “Planos” se enumera las opciones posibles según la
información contenida en el proyecto.
“Menú Planos”
Figura Nº 46
Escogido el tipo de plano, el programa presenta una ventana que
contiene opciones para cargar la información de lo que se desea representar y
configurar el formato del plano.
Al generar el plano, Vías crea un script para Autocad (Vías entrega la
opción para entregar el strip en distintas versiones de Autocad), con la
información del proyecto, el cual es guardado en la subcarpeta que le
corresponde según el tipo de plano que desea representar.
111
El sript generado se debe abrir en Autocad, siguiendo los siguientes
pasos:
Tools → Run script → carpeta principal de proyecto → subcarpeta según el tipo
de plano que se requiere → script.scr
“Carga de Script desde Autocad”
Figura Nº 47
Una vez que el script corre, se obtendrá el plano requerido, el cual queda
almacenado en la subcarpeta de proyecto correspondiente al tipo plano
generado.
A continuación se detalla el procedimiento mencionado anteriormente.
a) Planos de Planta
Este menú, permite realizar la planta del proyecto. Al entrar en esta
opción el programa muestra la siguiente ventana de configuración:
112
“Configuración de Planos de Planta”
Figura Nº 48
En esta ventana, se debe crear una nueva configuración, al hacer esto el
programa se dirige a la carpeta principal del proyecto donde carga la
información necesaria para realizar el dibujo.
Ya cargado los archivos correspondientes, se debe configurar el plano y
se debe seleccionar la información complementaria que se mostrara, datos de
los vértices, dibujo del eje, cuadro de vértices, entre otros.
Una vez personalizado el plano, se genera el srcrip que permite a
Autocad realizar el dibujo de manera automática, siguiendo el formato escogido.
113
“Cuadro de Proceso Terminado”
Figura Nº 49
b) Planos de Perfiles Longitudinales.
Para obtener el plano del perfil longitudinal, este menú muestra la
siguiente ventana de configuración:
“Configuración de Planos de Perfiles Longitudinales”
Figura Nº 50
114
En esta ventana, se debe crear una nueva configuración, al hacer esto el
programa se dirige a la carpeta principal del proyecto donde carga la
información de los perfiles transversales.
Ya cargado el archivo que permite generar el perfil, ahora se debe
configurar el plano y seleccionar la información complementaria que se desea
mostrar, principalmente rasante, diagrama de peraltes, diagrama de curvatura.
Una vez personalizado el plano, se genera el script que permite a
Autocad realizar el dibujo de manera automática, siguiendo el formato escogido.
“Cuadro de Proceso Terminado”
Figura Nº 51
C) Planos de perfiles transversales.
Para obtener los perfiles transversales del proyecto, se debe configurar la
siguiente ventana.
115
“Configuración de Planos de Perfiles transversales”
Figura Nº 52
Una vez en esta ventana, se debe crear una nueva configuración, con lo
cual Vías cargará la información de los perfiles transversales.
Luego se debe configurar el plano y por último se debe seleccionar la
información complementaria que se desea representar como, subrasante,
rasante y escarpes.
Una vez personalizado el plano, se genera el script que permite a
Autocad realizar el dibujo de manera automática, siguiendo el formato escogido.
116
“Cuadro de Proceso Terminado”
Figura Nº 53
117
CAPITULO IV: DISCUSIÓN
El proceso de Mejoramiento del Diseño Geométrico para el Proyecto La
Mina consta de dos partes:
1. La primera, corresponde a la realización del diseño solo considerando las
variables topográficas y algunas recomendaciones del Manual de
Carreteras, de forma empírica. Este será el Proyecto Preliminar.
2. La Segunda parte corresponde a la realización del diseño a partir de
mejoras realizadas al primero, optimizando la calidad del trazado y
modificando algunos parámetros que pudieran escaparse de los mínimos
definidos en la normativa. Este será el Proyecto Definitivo.
La primera etapa se desarrolló utilizando los datos obtenidos en terreno y
la categoría asignada al camino, del cual se obtuvo un resultado preliminar del
diseño, el cual permite estimar si el proyecto es viable de la manera en que se
desea realizar.
Este Diseño Preliminar se realizó en el programa Autocad Land, debido a
que presenta herramientas poderosas para la generación de modelos
tridimensionales de terreno (MDT), pudiendo visualizar de esta forma el entorno
y las características de la topografía, logrando así una visión general del camino
y así generar un trazado consecuente con las características del terreno.
La segunda etapa consistió en depurar el Proyecto Preliminar
ateniéndose a las normas vigentes (M.C) y obteniendo los resultados finales de
la geometría y cubicaciones
118
El trazado de los alineamientos diseñados por la Dirección de Vialidad
(MOP) son siempre una mejora a caminos ya existentes, estos poseen, en la
gran mayoría de los casos, una geometría precedente. Esta debe atener a los
parámetros establecidos según las características del camino.
Para cumplir con estos objetivos el trazado del alineamiento, se intentó
adecuar de la mejor forma posible a la faja fiscal que limita los predios
colindantes. En este caso, por tratarse de un mejoramiento del diseño, se
disminuyó el impacto a la propiedad vecina evitando dentro de lo posible
realizar expropiaciones.
Siguiendo estas limitantes, en el Proyecto Preliminar la obtención de los
radios para cada arco se obtiene de forma empírica, teniendo como criterio de
diseño mantener las curvas ya existentes y evitando alejarse demasiado del eje
del levantamiento.
Utilizando como herramienta el software Vías y los parámetros
establecidos por el Manual de Carreteras se verificó que los radios escogidos
en la primera etapa fuesen los adecuados.
Para el Proyecto Definitivo, se mantuvieron los radios proyectados en el
alineamiento horizontal, estos cumplían con evitar posibles expropiaciones en
las curvas producto de radios demasiado amplios.
La estrechez de la faja fiscal limitó en gran medida aumentar estos
radios, por esta razón se optó por mantener el alineamiento inicial, lo que trajo
como consecuencia variar las velocidades de proyecto escogidas en un
principio en el Proyecto Preliminar.
Se optó entonces por reducir las Velocidades de proyecto para el trazado
final de 50 km/hr a tres tramos de 30, 40 y 30 km /hr respectivamente, utilizando
119
como criterio, trabajar con los radios de entrada y salida, ya que no puede al
término del sector con 50 km/h tener rectas largas o curvas de radio amplio, ya
que los radios de las curvas tienen que ir disminuyendo, lo cual se debe
complementar con la señalización pertinente.
De esta forma la velocidad asterisco V*, para el cálculo de la Distancia
de Parada, (ver tabla Nº 25), se mantuvo igual a la Vp, comparando los Radios
del alineamiento horizontal con los radios mínimos según la velocidad de
proyecto en cada tramo (ver tabla Nº 24).
Para el diseño de la rasante se procuró utilizar las menores pendientes
compatibles con la topografía en que se emplaza el trazado. Sin embargo, al
tratarse de un Camino de Desarrollo no se justifica económicamente proyectar
forzosamente una rasante con pendientes moderadas, que producirán exceso
de movimiento de tierras, ya que las proyecciones de volúmenes de tránsito que
se espera de la vía son moderados, por lo que no serían compensados los
costos de construcción.
El diseño de la rasante buscó adoptar una rasante envolvente a lo largo
de todo el camino, tratando de mantener las cotas a lo largo del eje. Sin
embargo, el trazado de la rasante acarreó problemas en algunos sectores
producto del mejoramiento propio de la geometría, en consecuencia, será
inevitable diseñar una rasante que en algunos puntos se aleje demasiado de las
cotas de terreno para un kilometraje determinado. Esto producirá alturas de
corte o terraplén importantes que producirían que el pie del talud o brocal
sobrepase los límites de la faja fiscal limitada por el cerco hacia los predios
colindantes, además de volúmenes de movimiento de tierras excesivos.
120
Para solucionar este problema, en el programa Vías, se modificaron
algunas zonas donde existían alturas de corte y terraplén importantes,
proyectando una nueva rasante, más cercana aún al perfil longitudinal. Esto
significó modificar algunos valores 2T del Proyecto Preliminar, que se realizó a
partir de la flecha ideal para cada curva y a la vez cumpliendo con el criterio de
rasante envolvente.
Para la determinación de los parámetros mínimos de visibilidad para las
curvas verticales, en el Proyecto Definitivo se calcularon los valores K en
función de los valores 2T concebidos en el Proyecto Preliminar y se compararon
con los parámetros K mínimos para curvas verticales cóncavas (Kc) y convexas
(Kv) (ver tabla Nº 27). De esta forma se aseguró que en todo el trazado exista a
lo menos la distancia de visibilidad de parada necesaria.
Debido a que los valores de 2T realizados al mejoramiento del Diseño
Preliminar, atendían a la normativa, no fue necesario realizar una tercera
modificación al diseño.
Dentro de las mejoras en el Diseño Preliminar se calcularon ensanches
en algunas curvas de radios mas restringidos. Para los Vértices V-3, V-4, V-19,
V-22 del alineamiento horizontal, realizaron sobreanchos de calzada utilizando
un vehiculo tipo de 9.5m de longitud, generando una mayor holgura para los
anchos de calzada y las huelgas definidas. Este mejoramiento, se realizó en el
programa Vías respetando además los 40 m de la transición en las rectas
precedentes.
Con respecto al movimiento de tierra, es necesario tener en
consideración la relación de costos entre corte y terraplén, ya que aunque las
cubicaciones totales disminuyan, los precios podrían aumentar.
121
Según la Dirección de Vialidad (MOP), la relación en el costo en la
generación de movimiento de tierras es la siguiente: 1m3 de terraplén equivale,
de forma aproximada, a generar 2m3 de corte.
A partir del detalle de las cubicaciones (tablas Nº 22 y 29), entre el
Proyecto Preliminar y las modificaciones realizadas, se puede establecer que el
volumen de corte disminuyó en el orden de un 69.3 %, sin embargo, el terraplén
aumento un 3.3%. Considerando la relación entregada por Vialidad, el costo
final en el movimiento de tierras disminuyó en el orden de un 19%.
Cabe destacar que el Mejoramiento del Diseño Geométrico de El
Proyecto La Mina fue diseñado bajo las normas vigentes del Manual de
Carreteras del año 2001.
En lo que respectivo a los programas utilizados para generar el proyecto,
se utilizo en una primera etapa el software Autocad Land.
Este programa al posee las herramientas de Diseño Grafico presentes
en cualquier Autocad, además de otras especializadas en proyectos de
ingeniería sobre suelos. Esto permite proyectar el alineamiento en planta y
saber inmediatamente la relación de este con su entorno.
Una vez conforme con el diseño realizado se realiza el MDT se observa
el perfil longitudinal del terreno en el sector por donde pasa el eje, para así
proyectar la Rasante correspondiente, estando conforme con ésta se procede a
obtener luego los perfiles transversales del camino.
Este programa presenta herramientas especializadas para un diseño
avanzado de caminos, relacionadas con peraltes, bombeos cálculo de
cubicaciones y todo lo correspondiente a un proyecto de caminos. Estas
122
herramientas no fueron utilizadas en el presente trabajo debido principalmente a
las siguientes razones:
•
Al ser un programa de diseño universal, no presenta módulos de
configuración rápida que ahorren tiempo, por esto todo elemento del
camino que se desee generar, debe ser dibujado y configurado por el
usuario. Además las cubicaciones que realiza no siguen del todo con la
con la normativa vigente en Chile.
•
En el caso de que el diseño generado no cumpla con las normas
respectivas o las necesidades requeridas, se debe realizar todo el diseño
(planta o alzado), desde un comienzo, ya que al modificar algún
elemento del trazado no modifica la posición de los elementos
relacionados con este.
La segunda etapa se relaciona con mejoramiento de la rasante, cálculos
de volúmenes y generación de planos, para esto se utilizo el software Vías.
Este es un programa basado en la normativa vigente en Chile, por lo que
presenta menús con módulos simples en los que solo se ingresa la información
precisa. Estas características antes mencionadas permiten automatizar
procesos de cubicación, reportes y planos, lo que genera un ahorro de tiempo y
recursos considerable.
En lo que respecta a la rasante esta se puede modificar rápidamente en
el menú respectivo, ya sea por causas de reducir el movimiento de tierras o
para que el trazado cumpla con un mejor desarrollo geométrico
123
Otra facilidad que presenta el programa radica en que este crea un
archivo por cada proceso que realiza, por lo que en caso de error se puede
corregir o realizar nuevamente dicho paso sin tener que iniciar todo el proceso
nuevamente, solo se vuelve al paso que se desea modificar.
Vías es una herramienta práctica y fácil de utilizar, pero al momento de
su utilización para el diseño, se deben tener en cuenta las siguientes
consideraciones:
•
En la configuración de escarpes, debido a que el programa los ubica con
respecto al eje del camino, por lo que pueden quedar ubicados en un
lugar que no corresponde.
•
Al llegar a algún cruce o enlace con otro camino, el programa puede mal
interpretar la información ingresada, por lo que es recomendable realizar
los proyectos por separado.
•
El software presenta el inconveniente de definir pobremente solo un
espesor de capa sobre la línea de corte y terraplén, esto para proyectos
de caminos con un alto transito es insuficiente, ya que para estos
caminos la norma es mucho mas exigente en estos términos.
•
Los valores de cubicaciones de espesor de capa sobre la línea de corte o
terraplén deben ser bien interpretados, ya que al no considerar los
derrames de talud, realiza la cubicación geométrica, utilizando una figura
distinta a la especificada en el perfil tipo.
En este caso particular, el valor de la Cubicación en Base Granular
calculada por el programa Vías es de 5460 m3, mientras que la cubicación real
124
calculada de forma manual a través de polilíneas en Autocad es de 6591 m3,
aumentando así en un 17.2% el volumen. Por su parte, la cubicación del
espesor de la capa de asfalto 1093 m3 (tablas Nº 22 y Nº 29), fue calculada de
forma manual.
Sin embargo, este no es un inconveniente para los estudios realizados
en la Dirección de Vialidad (MOP), debido a que los diseños se realizan en
Rasante de Cota de Base terminada y no en Rasante de Pavimento. Esto se
debe indicar debidamente en los planos del Proyecto.
•
En los sectores que presentan curva y contra curva de radio pequeño y
una longitud de la recta insuficiente para el desarrollo del peralte, el
programa genera soluciones, las cuales pueden salirse de norma, en lo
respectivo a la longitud mínima para el desarrollo del peralte máximo en
la curva circular. Para estos casos el programa utiliza un PRB (Pendiente
Relativa de Borde), distinto al normal. Se recomienda, en estos casos,
revisar exhaustivamente el Diagrama de Peraltes que entrega el
programa, si la geometría fuese muy restrictiva y su PRB es mayor al
máximo de correspondiente al camino (ver tabla Nº 24), se podría en
eventuales situaciones modificar los porcentajes de 30% y 70% de
peralte desarrollado en curva y recta respectivamente, teniendo en
cuenta que, en toda ocasión, se debe mantener un peralte máximo en
curva, durante una longitud de Vp/3.6.
Este error en el desarrollo del peralte propaga el error en la cubicación de
movimiento de tierras. Este en la mayoría de los casos se considera
despreciable debido a que la diferencia de pendiente entre la solución normal y
la generada por el programa es pequeña y ocurren en tramos cortos.
125
De igual forma, siempre en este tipo de situaciones, queda a criterio del
profesional proyectista decidir si la solución entregada es valida para los fines
del proyecto.
126
CAPITULO V: CONCLUSIONES
Para el mejoramiento en el Diseño Geométrico del Camino La Mina, en
consecuencia con los objetivos planteados, se establece que estos fueron
logrados con éxito.
La calidad de los datos de terreno es un factor determinante en los
resultados de un proyecto. Esta información si está incompleta o defectuosa, no
permitirá esperar resultados óptimos, por este motivo, deben ser revisados
exhaustivamente para asegurar su calidad. Si es necesario, deben corregirse, u
obtener información adicional.
Un Diseño Geométrico realizado a partir de la normativa vigente,
considerando la información entregada por los distintos estudios técnicos y
económicos, generara un proyecto consistente, el cual no presentará
diferencias importantes entre el proyecto licitado y el construido. En rigor, para
un Proyecto de este tipo, solo se podrá hablar de “Proyecto Final o Definitivo” al
camino terminado o construido.
Dentro de los estudios para la construcción de una obra vial, son
fundamentales ciertos aspectos que se escapan a los objetivos del presente
trabajo. El diseño geométrico es solo una parte de todo el proceso necesario
para llevar una obra a ejecución. Serán de importancia además, otros aspectos
que entregan la información necesaria para realizar el mejor diseño evaluando
las variables que se entregan en los estudios preliminares, con el fin de analizar
posibles alternativas que mejorarán aspectos funcionales, de seguridad y
económicos del diseño.
127
En este contexto, aspectos importantes son la Ingeniería Básica, como
lo son los procedimientos de referenciación, que entregarán el apoyo métrico
para realizar mas tarde la topografía y el Diseño Geométrico propiamente tal.
Estudios hidrológicos e hidráulicos para conocer la magnitud y frecuencia del
escurrimiento
de
las
aguas
lluvias,
que
determinarán
un
adecuado
saneamiento, y los estudios geotécnicos que tienen directa relación con el
diseño de pavimentos y la infraestructura de la obra, ya que con los resultados
obtenidos se pueden determinar mejores decisiones al momento de realizar el
diseño.
En cuanto al uso de los softwares, se presentan varias ventajas y
desventajas en su funcionamiento, sin embargo, en conjunto los Programas
Land y Vías, otorgan máxima eficiencia.
El software Autocad Land tiene la gran ventaja que trabaja bajo una
plataforma Autocad que es conocida por la gran mayoría de los usuarios. Por
otro lado, es un programa para el diseño, no solo de caminos, sino de cualquier
otra obra ejecutada en torno a un eje longitudinal, lo que en ocasiones, puede
generar algunas complicaciones para el manejo, debido a la gran cantidad de
opciones que presenta.
En cuanto a las virtudes, se aprecian las ya mencionadas capacidades
de modelamiento tridimensional y la capacidad para soportar gran cantidad de
información grafica
El programa Vías presenta potencialidades distintas a las de Autocad
Land, ya que está enfocado a dar soluciones técnicas a proyectos diseñados
siguiendo la normativa vigente (MC). Este software, se utilizó fundamentalmente
para la edición de información generada en el proyecto Preliminar.
128
Este software tiene la gran ventaja de poder generar modificaciones en el
diseño, pudiendo visualizar en tiempo real en el dibujo, los cambios realizados
en los datos.
No posee herramientas de visualización tan poderosas como las de
Autocad Land, pero posee eficientes herramientas para la organización de
datos, el análisis y diseño del camino y la generación automatizada de informes
y planos en formatos exigidos por la normativa.
Es necesario señalar que sólo se tendrá la mayor eficacia si el usuario
posee los conocimientos técnicos apropiados sobre la materia. Sólo un usuario
técnico tendrá la capacidad de interpretar los resultados obtenidos en cada
etapa del proceso y de darle el sentido y la importancia que corresponde,
además éste podrá entender los problemas que se presenten y plantear las
posibles soluciones correspondientes, conociendo las implicancias de trabajar
con uno u otro criterio.
En este contexto, los softwares Autocad Land y Vías, en conjunto, son
una herramienta extraordinariamente útil y poderosa; sin embargo, obviamente
no reemplaza el conocimiento de los ingenieros.
Para profesionales que se dedican a esta área de la ingeniería, es
fundamental la aplicación de criterios adecuados basados en la capacidad de
análisis métrica. El Ingeniero Geomensor satisface a cabalidad ésta necesidad
de análisis que debe ser parte imprescindible del diseño y ejecución de un
proyecto vial en cualquiera de sus etapas.
129
BIBLIOGRAFÍA
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Diseño Geométrico de la Ruta G-515-H, sector cruce Ruta G-555 –
Cuesta Chada con la Asistencia el Software Autocad Land Development,
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Ministerio de Obras Públicas (2001), Manual de Carreteras, Volumen 3
versión 2001.
•
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Santiago de Chile.