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PÁGINA 0 Gordillo S. Hasleidy | Diseño Computarizado de Vías | 05 de diciembre de 2014 DISEÑO GEOMÉTRICO HORIZONTAL Y VERTICAL DISEÑO GEOMÉTRICO DE UNA VÍA EN AUTOCAD CIVIL 2014

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Diseño

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Gordillo S. Hasleidy | Diseño Computarizado de Vías | 05 de diciembre de 2014

DISEÑO GEOMÉTRICO HORIZONTAL Y VERTICAL

DISEÑO GEOMÉTRICO DE UNA VÍA EN

AUTOCAD CIVIL 2014

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Introducción

Existe una demanda creciente de medios eficientes de transporte, ya sea de pasajeros o carga,

las condiciones propias de cada región presentan la necesidad de adaptaciones según las

condiciones económicas, sociales, políticas y físicas de dicha región, estos factores presentan una

serie de consideraciones que determinan la conformación geométrica de dichos medios.

El desarrollo de una región se ve impulsado por el desarrollo de la infraestructura, con lo cual

se hace importante para la nación contar con redes de integración de zonas estratégicas, que

suplan la demanda de transporte en forma segura, cómoda y eficiente.

El presente documento pretende sintetizar las consideraciones tomadas en cuenta para la

construcción del diseño geométrico que conformará la red vial que permitirá conectar las zonas

de la reserva Muisca, la Zona de extracción minera, los acuíferos y finalmente la Reserva

Tominé, diseño que será generado en el software AutoCAD Civil 3D 2014.

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1 Tabla de contenido

Introducción ...................................................................................................................................... 1

Objetivo ............................................................................................................................................. 6

Objetivo General ........................................................................................................................... 6

Objetivos Específicos diseño horizontal ...................................................................................... 6

Objetivos Específicos diseño vertical ........................................................................................... 6

2 Generalidades del proyecto. ..................................................................................................... 7

2.1 Objetivo del proyecto ........................................................................................................ 7

2.2 Características Generales del proyecto .......................................................................... 7

2.3 Características del Terreno ............................................................................................. 7

2.4 Líneas de ceros. ................................................................................................................ 7

2.5 Selección de la ruta Óptima. ........................................................................................... 8

3 Especificaciones técnicas para el diseño horizontal. .............................................................. 9

4 Diseño Geométrico en planta ................................................................................................. 10

4.1 Velocidad de diseño ........................................................................................................ 10

4.2 Peralte ............................................................................................................................. 10

4.3 Pre-Diseño Curvas Circulares Simples ........................................................................ 11

4.3.1 Definición de Tramos Homogéneos ........................................................................... 12

4.3.2 Determinación de velocidad específica, Estudio de velocidades .............................. 11

4.3.3 Definición de radios de giro ....................................................................................... 11

4.3.4 Curvas a implementar ............................................................................................... 13

4.4 Diseño GEOMÉTRICO HORIZONTAL FINAL ........................................................... 13

5 Especificaciones técnicas para el diseño vertical .................................................................. 18

5.1 Pendiente Mínima Longitudinal Tangentes Verticales ............................................... 19

5.2 Pendiente Máxima Longitudinal Tangentes Verticales .............................................. 19

5.3 Longitud Mínima de la tangente vertical ..................................................................... 19

5.4 Longitud Máxima De La Tangente Vertical ................................................................. 20

5.5 Velocidad Específica De La Tangente Vertical (Vtv) ................................................... 21

5.6 Criterios Para La Determinación De Curvas Verticales ............................................. 21

5.6.1 Criterios Curva Convexa ............................................................................................ 22

5.7 Criterios Curva Cóncava ............................................................................................... 24

5.7.1 Longitud mínima de la curva vertical cóncava a según el criterio de

seguridad. ................................................................................................................................ 25

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5.7.2 Longitud mínima de la curva vertical cóncava según el criterio de Operación.

25

5.7.3 Longitud máxima de la curva vertical cóncava según el criterio de drenaje. ......... 25

6 Diseño Geométrico Vertical Preliminar ................................................................................ 26

6.1 Diseño Preliminar 1 ....................................................................................................... 27

6.2 Diseño Preliminar 2 ....................................................................................................... 27

6.3 Selección del trazado vertical a diseñar. ...................................................................... 28

6.4 Construcción Del Diseño Vertical ................................................................................. 29

7 Diseño Transversal ................................................................................................................... 0

7.1 Definición Del Ancho De Calzada ................................................................................... 0

7.2 Pendiente Transversal En Entretangencias Horizontales ............................................ 0

7.3 Berma ................................................................................................................................ 1

7.4 Ancho de berma ................................................................................................................ 1

7.5 Pendiente transversal ...................................................................................................... 1

7.6 Secciones típicas ............................................................................................................... 2

8 Corredor ................................................................................ ¡Error! Marcador no definido.

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Tabla de Ilustraciones

Ilustración 1 Líneas de Ceros Diseñadas ....................................................................................... 8

Ilustración 2 Radios Mínimos CCS - Peralte Max. 8% (Fuente: Manual Diseño Geométrico,

INVIAS 2008) ................................................................................................................................. 11

Ilustración 3 Pre-diseño Horizontal Curvas Circulares Simples R=90M ................................... 11

Ilustración 4 Velocidad Especifica de la Curva Horizontal ......................................................... 12

Ilustración 5 Radios según Velocidad Específica y Peralte Máx. De 8% .................................... 12

Ilustración 6 Radios para curvas contiguas ................................................................................. 12

Ilustración 7 Relación entre la pendiente máxima (%) y la Velocidad Específica de la tangente

vertical (VTV) Fuente (INVIAS) ................................................................................................... 19

Ilustración 8 Longitud Mínima de la tangente vertical .............................................................. 19

Ilustración 9 Efecto de las pendientes en los vehículos con relación Peso/potencia de

180 kg/HP Fuente: INVIAS ........................................................................................................... 20

Ilustración 10 Geometría Curva Convexa Fuente: INVIAS ........................................................ 22

Ilustración 11 Valores de Kmín para el control de la distancia de visibilidad de parada y

longitudes mínimas según criterio de operación en curvas verticales convexas ....................... 24

Ilustración 12 Geometría Curva Cóncava .................................................................................... 24

Ilustración 13 Valores de Kmín para el control de la distancia de visibilidad de parada y

longitudes mínimas según criterio de operación en curvas verticales cóncavas........................ 26

Ilustración 14 Diseño Vertical Preliminar 1 ................................................................................ 27

Ilustración 15 Diseño Vertical Preliminar 2 ......................................................................... 27

Ilustración 16 Alternativas de trazado Vertical .......................................................................... 28

Ilustración 17 Diseño vertical final ............................................................................................... 29

Ilustración 18 Geometría Diseño Vertical Final .......................................................................... 30

Ilustración 19 Ancho de Calzada Fuente INVIAS ......................................................................... 0

Ilustración 20 Bombeo de la calzada Fuente:INVIAS ................................................................... 0

Ilustración 21 Ancho Berma Fuente INVIAS ................................................................................ 1

Ilustración 22 Sección típica. ........................................................................................................... 2

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Lista de Tablas

Tabla 1 Consideraciones Generales para el diseño Geométrico.................................................... 9

Tabla 2 Análisis de Velocidades .................................................................................................... 11

Tabla 3 Tipo de empalme según ángulo de deflexión .................................................................. 13

Tabla 4 Estudio de Velocidades Especificas Diseño Final........................................................... 17

Tabla 5 Consideraciones técnicas para el diseño vertical ........................................................... 18

Tabla 6 Criterios Para La Determinación De Curvas Verticales ............................................... 21

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Objetivo

OBJETIVO GENERAL

A partir de las consideraciones, lineamentos y características planteadas para el proyecto

“Diseño de una Vía Secundaria de dos carriles con velocidad de diseño de 50 km/h que conecta

las zonas de resguardos indígenas Muisca y Tominé”

OBJETIVOS ESPECÍFICOS DISEÑO HORIZONTAL

Plantear alternativas de trazado que se ajusten a las características planteadas para el

proyecto.

Construir el diseño geométrico horizontal del proyecto, garantizando que este cumpla

con los criterios de diseño propuestos en el manual de diseño geométrico de INVIAS de

2008. Confeccionar el diseño geométrico horizontal, en términos de seguridad, funcionalidad,

comodidad y economía.

Presentar de manera clara en un documento informe las consideraciones establecidas

para la construcción del diseño establecido.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS DISEÑO VERTICAL

Plantear 2 alternativas de diseño vertical que se ajusten a las características planteadas

para el proyecto.

A partir de la alternativa de diseño seleccionada construir el diseño geométrico vertical

del proyecto, garantizando que este cumpla con los criterios de diseño propuestos en el

manual de diseño geométrico de INVIAS de 2008, creando las correspondientes

entidades en el programa seleccionado. (Alineamiento vertical, corredor, secciones

típicas, peraltes) Confeccionar el diseño geométrico vertical, de acuerdo a las consideraciones de

seguridad, funcionalidad, comodidad y economía.

Presentar de manera clara en un documento informe las consideraciones establecidas

para la construcción del diseño establecido.

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2 Generalidades del proyecto.

2.1 OBJETIVO DEL PROYECTO

Construir el diseño geométrico de un corredor vial que supla la necesidad de conectar las zonas

de reserva indígena Muisca y de Tominé, garantizando al usuario condiciones adecuadas de

seguridad, comodidad, funcionalidad y economía, en marcadas en las caracteriticas de diseño

previstas en el Manual de Diseño Geométrico de INVIAS 2008.

2.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL PROYECTO

2.3 CARACTERÍSTICAS DEL TERRENO

Se tiene una zona de tipología montañosa donde predominan pendientes considerables, se

poseen diversidad de fuentes hidrográficas, siendo una zona con características de relieve

fuerte, das las condiciones de puntos estratégicos a recorrer por el corredor, se hace necesaria

la utilización de criterios que garanticen que el usuarios podrá transitar de manera adecuada,

sin exponer su integridad y la del vehículo debido a las pendientes presentadas.

2.4 LÍNEAS DE CEROS.

Se construyen 3 rutas de pendiente uniforme “líneas de ceros” que permitieron identificar las

zonas que presentan pendientes más fuertes, además se realiza un estudio sobre estas para

identificar la ruta optima que se seguirá a mayor conformidad con el alineamiento horizontal

construido.

El procedimiento para la contruccion de la línea de ceros se basa en la identificación de la

pendiente promedio con la cual se quiere construir el alineamiento, para este caso se tomo una

pendiente del 7% para atenuar las posibles complicaciones del diseño, pues es notoria la

necesidad de aumentar esta pendiente en algunos tramos, entonces esta permitirá compensar

los cambios que se presentan a lo largo del proyecto.

En el proyecto se utilizó la herramienta CEROS.LPS, que calcula de manera automatiza un

radio de inferencia por donde se realizara el cruce.

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2.5 SELECCIÓN DE LA RUTA ÓPTIMA.

A partir de las líneas de ceros construidas se pretende determinar cuál de estas es la más

adecuada para las características deseables en cuanto a diseño, para lo cual se determinó la

utilización de la ruta 3, puesto que es la que presenta tramos más uniformes y conserva en

mayor medida la pendiente propuesta.

La pendiente seleccionada para estos trazados preliminares fue de 7% amparada en los criterios

del Manual De Diseño Geométrico de INVIAS 2008.

Se generaron 4 trazados para este proyecto amparados en las características mencionadas, para

realizar el proceso de selección de ruta, como este proyecto posee puntos de pasos obligados las

rutas trazadas presenta coincidencias entre sí, por tanto el diseño horizontal construido fue

trabajado con las rutas 3 y 4 en conjunto, lo cual permitió obtener un trazado, que permitirá

construir un diseño vertical que se ajusta a las características deseables para el proyecto

Ilustración 1 Líneas de Ceros Diseñadas

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3 Especificaciones técnicas para el diseño horizontal.

Con el objetivo planteado a desarrollar para este proyecto se procede a realizar una valoración

y limitación del proyecto en cuanto a condiciones geométricas para determinar los lineamientos

a seguir.

Tabla 1 Consideraciones Generales para el diseño Geométrico

ÍTEM CONSIDERACIÓN

Tipo de Carretera

Según su funcionalidad Secundaria

Vía que unirá las cabeceras municipales entre sí y/o

que provienen de una cabecera municipal y conectan

con una carretera primaria.

Tipo de Carretera

Según el tipo de Terreno

Terreno

Montañoso

Tiene pendientes trasversales al eje de la vía entre

13 y 40 grados. Generalmente requiere grandes

movimientos de tierra durante la construcción,

razón por la cual presenta dificultades en el trazado

y en la explanación. Sus pendientes longitudinales

predominantes se encuentran entre seis – ocho por

ciento.

Velocidad de diseño 50 km/h Tal que los conductores no experimenten cambios

bruscos y/o muy frecuentes en la velocidad a la que

pueden realizar con seguridad el recorrido.

Peralte

Máx. 8%

Radios mínimos según velocidad

especifica

80 metros para velocidad especifica de 50 km/h y 120 para velocidad

especifica de 60km/h.

Entre-tangencia Mínima

(Diferente sentido)

Considerando el empleo de curvas espirales, se puede prescindir de tramos

de entre-tangencia rectos.

Entre-tangencia Mínima

(Mismo sentido)

En el diseño con curvas espirales la entre-tangencia no puede ser

menor a la distancia recorrida en un tiempo de 5 segundos (5 s) a la

Velocidad Específica de la entre-tangencia horizontal, para este caso 69.5

metros para velocidad especifica de 50 km/h y 83.3 para velocidad

especifica de 60 km/h.

Longitud mínima del círculo

en el empalme

En un empalme espiral – círculo – espiral, será de la distancia recorrida a

velocidad específica del elemento durante 2 segundos.

Para este caso será 28 metros para curvas con velocidad específica de 50

km/h y 34 metros para velocidad especifica de 60 km/h.

Fuente: Elaboración Propia.

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4 Diseño Geométrico en planta

4.1 VELOCIDAD DE DISEÑO

Se define que la velocidad de diseño será de 50 km/hora siendo una vía de segundo orden.

4.2 PERALTE

Según el Manual de Diseño Geométrico de Vías (INVIAS, 2008) Se establece que para carreteras

primarias y Secundarias el peralte máximo ocho por ciento (8%), el cual permite no

incomodar a vehículos que viajan a velocidades menores, especialmente a los vehículos con

centro de gravedad muy alto y a los vehículos articulados (tracto – camión con remolque) los

cuales pueden tener un potencial de volcamiento de su carga al circular por curvas con peraltes

muy altos.

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4.3 Pre-Diseño Curvas Circulares Simples

Se realiza un pre-diseño localizando curvas circulares simples que permitan dimensionar las

proporciones del proyecto, dado que este pre-diseño debe ser congruente con las consideraciones

geométricas pertinentes, se debe asociar esta revisión a las características empleando una tabla

de radios mínimos concordante con el peralte y velocidad establecida, se escoge entonces un

radio de 90 metros, que permite tener en cuenta en el pre-diseño la posible amplitud del

elemento geométrico gracias al diseño de entidades como las espirales.

Ilustración 2 Radios Mínimos CCS - Peralte Max. 8% (Fuente: Manual Diseño Geométrico, INVIAS

2008)

Ilustración 3 Pre-diseño Horizontal Curvas Circulares Simples R=90M

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4.3.1 Definición de Tramos Homogéneos

Una vez se establece que las curvas circulares son poseen el espacio suficiente para su diseño,

se procede a realizar el primer estudio de velocidades que nos lleva a conocer la velocidad

específica a utilizar en cada tramo de nuestro proyecto.

Se extrajo la información pertinente de cada curva:

Valor del Delta

Entretangencia

Ilustración 4 Velocidad Especifica de la Curva Horizontal

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4.3.2 Determinación de velocidad específica, Estudio de velocidades

Tabla 2 Análisis de Velocidades

Curva Delta Entretangencia Vel. Esp

Ida

Vel. Esp

Vuel.

Vel Espe.

Tra.

1 128° - 50 km/h 50 km/h 50 km/h

2 148° 246,938 50 km/h 50 km/h 50 km/h

3 8° 166,367 50 km/h 50 km/h 50 km/h

4 12° 262,503 60 km/h 60 km/h 60 km/h

5 51° 320,741 60 km/h 50 km/h 60 km/h

6 11° 236,392 60 km/h 60 km/h 60 km/h

7 66° 206,582 50 km/h 60 km/h 60 km/h

8 30° 373,414 60 km/h 50 km/h 60 km/h

9 52° 156,927 50 km/h 50 km/h 50 km/h

10 68° 122,914 50 km/h 50 km/h 50 km/h

11 30° 231,242 50 km/h 50 km/h 50 km/h

12 30° 208,021 50 km/h 50 km/h 50 km/h

13 26° 198,985 50 km/h 50 km/h 50 km/h

14 39° 187,624 50 km/h 50 km/h 50 km/h

15 22° 192,593 50 km/h 50 km/h 50 km/h

16 31° 172,679 50 km/h 50 km/h 50 km/h

Una vez se tienen las velocidades específicas de nuestro proyecto, se puede realizar el diseño de

las curvas espirales, teniendo en cuenta los radios mínimos que se darán en concordancia con

las velocidades específicas presentadas, en las consideraciones del manual de diseño geométrico

de vías (INVIAS, 2008).

4.3.3 Definición de radios de giro

Dado que el peralte será de 8%, se dice que el radio mínimo será de 73 m para una velocidad

específica de 50 km/h y de 113 m, para velocidad específica de 60 km/h. (Véase Ilustración 5

Radios según Velocidad Especifica y Peralte Máx. De 8%).

Para realizar el proceso del diseño de las curvas espirales, se deberá tambien tener en cuenta

los criterios especificos para su diseño.

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En base a estas consideraciones

geométricas se determina que las curvas

espirales horizontales que poseen

velocidad específica de 50 km/h

poseerán un radio de mínimo 80

metros y que las curvas espirales

horizontales con velocidad

específica de 60 km/h poseerán un

radio mínimo de 120 metros.

Ilustración 5 Radios según Velocidad Específica y Peralte Máx. De 8%

Ilustración 6 Radios para curvas contiguas

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4.3.4 Curvas a implementar

Aunque las consideraciones generales nos indican que lo deseable es el diseño de curvas

espirales de tipo espiral – círculo – espiral, es necesario destacar que estas no siempre pueden

ser seleccionadas para hacer parte del diseño, esto se debe en gran medida a la naturaleza de

las deflexiones y de los valores de entre-tangencia.

Angulo Deflexión

≤ 6° 6°> deflexión < 20° ≥20°

6° 5° 4° 3° 2°

Espiral - Espiral Espiral- Circulo

- Espiral R(Mín)

2000 m

R(Mín)

2500 m R(Mín)

3500 m R(Mín)

5000 m R(Mín)

9000 m

TABLA 3 Tipo de empalme según ángulo de deflexión

La longitud mínima del círculo en un empalme espiral – círculo – espiral, será de la distancia

recorrida a velocidad específica del elemento durante 2 segundos.

Para este caso será 28 metros para curvas con velocidad específica de 50 km/h y 34 metros para

velocidad especifica de 60 km/h.

4.4 DISEÑO GEOMÉTRICO HORIZONTAL FINAL

Dadas las condiciones geométricas observadas en el manual se determina la condición

geométrica del nuevo alineamiento, donde se realiza la adición de elementos geométricos para

garantizar el cumplimiento de las disposiciones geométricas previstas en el manual de diseño

geométrico de INVIAS de 2008.

Además es necesario volver a realizar el estudio de velocidades para garantizar el cumplimiento

de las condiciones de seguridad y comodidad deseables.

Se tienen 18 curvas de tipo espiral – círculo – espiral y una curva de tipo circular simple esto

debido a la deflexión en este punto.

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Elemento Length Radius Direction Total X Total Y Short tan

Long tan P K Mid-

Ordinate External Tangent

PI Point

Tangente 127.031m

S11° 23' 37.27"W

CURVA ECE 1

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

164.084m 80.000m 38.508 131.879m (1073415.4594m,1098115.8626m)

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

Entretangencia 33.425m

N48° 48' 36.05"E

CURVA ECE 2

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

34.851m 80.000m 1.89 17.706m (1073627.6510m,1098251.6607m)

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

Entretangencia 219.308m

S81° 09' 46.30"E

CURVA ECE 3

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

140.864m 80.000m 29.053 96.852m (1074021.0568m,1098173.1154m)

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

Entretangencia 148.611m

S44° 47' 25.96"W

CURVA ECE 4

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

36.277m 80.000m 2.048 18.456m (1073809.3450m,1097917.1118m)

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

Entretangencia 103.430m

S06° 15' 29.14"E

CURVA ECE 5

40.000m 39.889m 2.218m 13.369m 26.706m 0.555m 19.981m

32.557m 120.000m 1.102 16.379m (1073821.0743m,1097704.8048m)

40.000m 39.889m 2.218m 13.369m 26.706m 0.555m 19.981m

Entretangencia 85.311m

S28° 23' 07.04"W

CURVA ECE 6

40.000m 39.889m 2.218m 13.369m 26.706m 0.555m 19.981m

35.688m 120.000m 1.324 17.977m (1073735.4012m,1097524.9391m)

40.000m 39.889m 2.218m 13.369m 26.706m 0.555m 19.981m

Entretangencia 141.604m

S07° 45' 11.67"E

CURVA ECE 7

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

51.931m 80.000m 4.177 26.917m (1073773.6770m,1097267.4186m)

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

Entretangencia 80.403m

S70° 00' 46.25"E

CURVA ECE 8

38.000m 37.905m 2.002m 12.697m 25.367m 0.501m 18.984m

36.734m 120.000m 1.403 18.512m (1073954.9188m,1097187.3398m)

38.000m 37.905m 2.002m 12.697m 25.367m 0.501m 18.984m

Entretangencia 44.673m

S34° 19' 48.36"E

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Elemento Length Radius Direction Total X Total Y Short tan

Long tan P K Mid-

Ordinate External Tangent

PI Point

CURVA ECE 9

40.000m 39.889m 2.218m 13.369m 26.706m 0.555m 19.981m

74.262m 120.000m 5.699 38.363m (1074066.7809m,1097047.4840m)

40.000m 39.889m 2.218m 13.369m 26.706m 0.555m 19.981m

Entretangencia 89.246m

S88° 53' 10.52"E

CURVA CS 10 220.226m 2200.000m 2.755 110.205m (1074343.7338m,1097033.5160m)

Entretangencia 44.888m

S83° 09' 02.85"E

CURVA ECE 11

35.000m 34.926m 1.699m 11.690m 23.359m 0.425m 17.488m

71.297m 120.000m 5.256 36.736m (1074569.3217m,1097013.5075m)

35.000m 34.926m 1.699m 11.690m 23.359m 0.425m 17.488m

Entretangencia 93.620m

N46° 05' 45.38"E

CURVA ECE 12

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

38.272m 80.000m 2.278 19.509m (1074736.5249m,1097155.2605m)

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

Entretangencia 106.579m

S81° 25' 37.25"E

CURVA ECE 13

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

49.258m 80.000m 3.761 25.438m (1074956.3985m,1097137.1222m)

35.000m 34.833m 2.543m 11.720m 23.392m 0.637m 17.472m

Entretangencia 119.469m

N38° 13' 39.06"E

CURVA ECE 14

40.000m 39.889m 2.218m 13.369m 26.706m 0.555m 19.981m

35.065m 120.000m 1.279 17.658m (1075104.9931m,1097321.0527m)

40.000m 39.889m 2.218m 13.369m 26.706m 0.555m 19.981m

Entretangencia 151.970m

N02° 23' 11.84"E

ESPIRAL - ESPIRAL 15

40.000m 39.879m 2.313m 13.372m 26.709m 0.579m 19.980m

40.000m 39.879m 2.313m 13.372m 26.709m 0.579m 19.980m

Entretangencia 208.508m

N22° 18' 17.45"E

ESPIRAL - ESPIRAL 16

40.000m 39.908m 2.017m 13.363m 26.699m 0.505m 19.985m

40.000m 39.908m 2.017m 13.363m 26.699m 0.505m 19.985m

Entretangencia 152.165m

N04° 56' 28.54"E

CURVA ECE 17

40.000m 39.889m 2.218m 13.369m 26.706m 0.555m 19.981m

23.561m 120.000m 0.578 11.818m (1075255.3903m,1098080.2228m)

40.000m 39.889m 2.218m 13.369m 26.706m 0.555m 19.981m

Entretangencia 84.520m

N35° 17' 21.50"E

Page 21: Dvc Informe Proyecto Final

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Elemento Length Radius Direction Total X Total Y Short tan

Long tan P K Mid-

Ordinate External Tangent

PI Point

CURVA ECE 18

38.000m 37.905m 2.002m 12.697m 25.367m 0.501m 18.984m

32.138m 120.000m 1.074 16.166m (1075365.4187m,1098235.0384m)

38.000m 37.905m 2.002m 12.697m 25.367m 0.501m 18.984m

Entretangencia 109.199m

N68° 46' 39.33"E

CURVA ECE 19

40.000m 39.889m 2.218m 13.369m 26.706m 0.555m 19.981m

34.983m 120.000m 1.273 17.617m (1075567.2973m,1098323.8290m)

40.000m 39.889m 2.218m 13.369m 26.706m 0.555m 19.981m

Entretangencia 119.765m

N32° 58' 32.67"E

Tabla 4 Estudio de Velocidades Especificas Diseño Final

Curva Delta Entre-

tangencia

Vel. Esp

Ida

Vel. Esp

Vuel.

Vel Espe.

Tra.

1 142°35’01” - 50 km/h 50 km/h 50 km/h

2 50°01’38” 127.031m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

3 125°57’12” 33.425m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

4 51°02’55” 219.308m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

5 34°38’36” 148.611m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

6 36°08’19” 103.430m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

7 62°15’35” 85.311m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

8 35°40’58” 141.604m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

9 48°16’57” 44.673m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

10 5°44’08” 89.246m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

11 50°45’12” 44.888m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

12 52°28’37” 93.620m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

13 60°20’44” 106.579m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

14 35°50’27” 119.469m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

15 19°08´11” 151.970m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

16 17°21’49” 208.508m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

17 30°20’53” 152.165m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

18 33°29’18” 84.520m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

19 31°55’39” 109.199m 50 km/h 50 km/h 50 km/h

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5 Especificaciones técnicas para el diseño vertical

Una vez el diseño geométrico horizontal es aprobado se comienza a elaborar el diseño vertical,

según las consideraciones previstas.

Tabla 5 Consideraciones técnicas para el diseño vertical

ÍTEM CONSIDERACIÓN

Tipo de Carretera

Según su funcionalidad Secundaria

Vía que unirá las cabeceras municipales entre sí y/o

que provienen de una cabecera municipal y conectan

con una carretera primaria.

Tipo de Carretera

Según el tipo de Terreno

Terreno

Montañoso

Tiene pendientes trasversales al eje de la vía entre

13 y 40 grados. Generalmente requiere grandes

movimientos de tierra durante la construcción,

razón por la cual presenta dificultades en el trazado

y en la explanación. Sus pendientes longitudinales

predominantes se encuentran entre seis – ocho por

ciento.

Velocidad de diseño 50 km/h Tal que los conductores no experimenten cambios

bruscos y/o muy frecuentes en la velocidad a la que

pueden realizar con seguridad el recorrido.

Pendiente mínima Longitudinal

Tangentes verticales

Para garantizar la escorrentía de aguas lluvias la pendiente mínima

deseable será del 0.5%

Pendiente máxima Longitudinal

Tangentes verticales

Dado que en esta fase del proyecto ya se está diseñando cada tangente

vertical específica, será del 9%., ampliable hasta 11%. (Véase ilustración

Relación entre la pendiente máxima (%) y la Velocidad Específica de la

tangente vertical (VTV) Fuente (INVIAS))

Longitud mínima de la

tangente vertical

No podrán tener una longitud menor a la distancia recorrida en diez

segundos (10 s) a dicha velocidad, para este caso 140 metros.

Longitud máxima de la

tangente vertical

Máxima longitud en ascenso sobre la cual un camión puede operar

sin ver reducida su velocidad por debajo de un valor prefijado, para

este cado se asume 370 metros.

Curva Convexa

- Longitud mínima de la curva vertical convexa según el

criterio de Seguridad. Para Vel. 50 km/h será k mín. 7.0

- Longitud mínima de la curva vertical convexa según el

criterio de operación. Para Vel. 50 km/h será 30 m.

- Longitud máxima de la curva vertical convexa según el criterio

de drenaje. k menor o igual a cincuenta (50).

Curva Cóncava

- Longitud mínima de la curva vertical convexa según el

criterio de Seguridad. Para Vel. 50 km/h será k mín. 13.0

- Longitud mínima de la curva vertical convexa según el

criterio de operación. Para Vel. 50 km/h será 30 m.

- Longitud máxima de la curva vertical convexa según el criterio

de drenaje. k menor o igual a cincuenta (50).

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5.1 Pendiente Mínima Longitudinal Tangentes Verticales

Se utiliza este criterio para garantizar la escorrentía del agua lluvia, para vías con

características de terreno montañoso será deseable un 0.5%.

5.2 Pendiente Máxima Longitudinal Tangentes Verticales

Cuando se diseñen las tangentes verticales se tendrá en cuenta la velocidad especifica de los

elementos horizontales, para el caso de este proyecto se tomará 50 km/h para todo el tramo

diseñado, esto amparado en el estudio de velocidades realizado. (Véase Tabla 4 Estudio de

Velocidades Especificas Diseño Final). Para este diseño la pendiente máxima longitudinal será

de 9% y puede llegar a 11% cuando las curvas verticales consecutivas tienen geometría diferente

(Cóncava-convexa o viceversa).

Ilustración 7 Relación entre la pendiente máxima (%) y la Velocidad Específica de la tangente

vertical (VTV) Fuente (INVIAS)

Nota: Estos valores corresponden a los valores máximos para una tangente vertical, pueden

ser aumentados en dos por ciento (2%) cuando en una tangente vertical de pendiente

máxima se diseñan dos curvas verticales consecutivas, una convexa y la siguiente cóncava o

viceversa

5.3 Longitud Mínima de la tangente vertical

Las tangentes verticales con Velocidad Específica mayor a cuarenta kilómetros por hora (VTV

> 40 km/h) no podrán tener una longitud menor a la distancia recorrida en diez segundos

(10 s) a dicha velocidad, longitud que debe ser medida como proyección horizontal entre PIV y

PIV.

Ilustración 8 Longitud Mínima de la tangente vertical

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5.4 Longitud Máxima De La Tangente Vertical

La longitud crítica de la tangente vertical se define como la máxima longitud en ascenso

sobre la cual un camión puede operar sin ver reducida su velocidad por debajo de un

valor prefijado. Para establecer éstos parámetros es necesario considerar los siguientes

aspectos:

- Relación peso/potencia del vehículo pesado de diseño.

- Velocidad media de operación de los vehículos pesados en tramos a nivel de la carretera que

se diseña.

Se considera que la Longitud crítica de la tangente vertical es aquella en la que el vehículo

pesado seleccionado para el diseño sufre una reducción en su velocidad de veinticinco kilómetros

por hora (25 km/h) con respecto a su velocidad media de operación en tramos a nivel de la

carretera que se diseña.

El parque de vehículos de carga que circula por las carreteras colombianas, presenta en

la práctica, unas características de operación que, en promedio, se pueden asimilar a las

siguientes relaciones Peso/potencia:

- Camiones de chasis rígido (Categoría 2 y Categoría 3): 150 kg/HP.

- Camiones articulados (Categoría 3S2 y Categoría 3S3): 180 kg/HP.

Ilustración 9 Efecto de las pendientes en los vehículos con relación Peso/potencia de 180

kg/HP Fuente: INVIAS

De la gráfica se extrae que la longitud máxima de la tangente será de 290 metros, esto

teniendo en cuenta que como la velocidad se ve reducida en 25 km/h.

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5.5 Velocidad Específica De La Tangente Vertical (Vtv)

Dado que la carretera es una sola, la velocidad específica con la que se diseñen los elementos

geométricos en perfil debe coincidir con la velocidad específica asignada a los elementos

geométricos en planta.

La pendiente máxima que se le puede asignar a una tangente vertical es la asociada a

la velocidad específica de la entretangencia horizontal coincidente.

En consecuencia, La Velocidad Específica de la tangente vertical (VTV) es igual a la Velocidad

Específica de la entretangencia horizontal (VETH).

5.6 Criterios Para La Determinación De Curvas Verticales

Se establecen 3 criterios que guiaran el desarrollo del diseño de dichas entidades.

Tabla 6 Criterios Para La Determinación De Curvas Verticales

CRITERIO DETERMINACIÓN

Criterio de seguridad

Establece una longitud mínima que debe

tener la curva vertical para que en toda

su trayectoria la distancia de visibilidad sea

mayor o igual a la de parada (DP).

Criterio de operación

Establece una longitud mínima que debe

tener la curva vertical para evitar al

usuario la impresión de un cambio súbito de

pendiente.

Criterio de drenaje

Establece una longitud máxima que puede

tener la curva vertical para evitar que, por

ser muy extensa, en su parte central resulte

muy plana dificultándose el drenaje de la

calzada.

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5.6.1 Criterios Curva Convexa

Los criterios anteriormente mencionados permiten edificar restricciones en la configuración

geométrica de las curvas verticales, para el caso de la convexa, se darán las siguientes

consideraciones:

Ilustración 10 Geometría Curva Convexa Fuente: INVIAS

5.6.1.1 Longitud mínima de la curva vertical convexa según el criterio de Seguridad.

Se puede analizar de dos maneras:

- Distancia de parada y análisis de pendientes.

- Parámetro k.

Es la relación L/A (distancia horizontal, en metros necesaria para tener un cambio de pendiente

de uno por ciento (1%) a lo largo de la curva).

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Esto en términos de la ecuación adoptada será:

5.6.1.2 Longitud mínima de la curva vertical convexa según el criterio de operación

La aplicación de este criterio evita el cambio súbito de pendiente y permite que el perfil de la

vía en la curva vertical tenga una adecuada estética y apariencia.

5.6.1.3 Longitud máxima de la curva vertical convexa según el criterio de drenaje

n el punto más alto de la cresta de una curva vertical convexa con pendiente S1 y S2 de diferente

signo se tiene un corto tramo a nivel (pendiente = 0%), que dificulta el drenaje longitudinal,

para lo cual la AASHTO – 2004 considera que un valor de A igual a cero punto seis por ciento

(0.6%) en un tramo de la curva igual a treinta metros (30 m), provee el adecuado drenaje

en el sector más plano de la curva.

𝑘𝑚á𝑥 =30

0.6= 50

Para garantizar el drenaje adecuado en la cresta de la curva vertical convexa se debe diseñar

la curva con un valor de K menor o igual a cincuenta (50).

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Ilustración 11 Valores de Kmín para el control de la distancia de visibilidad de parada y

longitudes mínimas según criterio de operación en curvas verticales convexas

5.7 Criterios Curva Cóncava

Ilustración 12 Geometría Curva Cóncava

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5.7.1 Longitud mínima de la curva vertical cóncava a según el criterio de

seguridad.

- Este parámetro estima la visibilidad nocturna y frente a la aparición de un obstáculo.

- Parámetro k

5.7.2 Longitud mínima de la curva vertical cóncava según el criterio de Operación.

Se aplica el mismo criterio de las curvas convexas y por lo tanto la longitud mínima

de la curva cóncava se expresa por:

5.7.3 Longitud máxima de la curva vertical cóncava según el criterio de drenaje.

Es necesario controlar la longitud máxima de la curva vertical cóncava para evitar el

empozamiento de las aguas superficiales en la batea o punto más bajo de la curva. De acuerdo

con este criterio, se debe diseñar la curva vertical cóncava con un valor de K menor o igual

a cincuenta (50).

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Ilustración 13 Valores de Kmín para el control de la distancia de visibilidad de parada y

longitudes mínimas según criterio de operación en curvas verticales cóncavas

6 Diseño Geométrico Vertical Preliminar

Una vez se conocen los criterios que se utilizaran en este proyecto se procede a el diseño de 2

posibles alternativas, que serán evaluadas posteriormente para determinar la opción más

viable.

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6.1 Diseño Preliminar 1

Contiene 18 posibles curvas verticales con pendientes que se ajustan a las características

mencionadas.

Ilustración 14 Diseño Vertical Preliminar 1

6.2 Diseño Preliminar 2

Este trazado contiene la siguiente geometría.

Ilustración 15 Diseño Vertical Preliminar 2

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Ilustración 16 Alternativas de trazado Vertical

6.3 Selección del trazado vertical a diseñar.

Tras una revisión individual a los tazados se selecciona la alternativa propuesta dos (2), en base a que aun que las dos cumplen criterios de geometría esta alternativa cumple mejor los criterio de seguridad que se

reglamentan en el manual de diseño geométrico de INVIAS, con esta selección se comenzó el diseño de las curvas verticales correspondientes al trazado hasta garantizar el cumplimiento de toda la normatividad

establecida.

Alternativa 1

Alternativa 2

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6.4 Construcción Del Diseño Vertical

Ilustración 17 Diseño vertical final

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Ilustración 18 Geometría Diseño Vertical Final

Consideraciones del diseño:

Se utilizó un k mínimo de 8.240 en una curva convexa, para garantizar que se creara en su totalidad en la entre-tangencia horizontal.

Se utilizó una pendiente de -10,32% en uno de las tangentes puesto que las curvas contenidas son de diferente sentido y se puede elevar la pendiente máxima.

No se superó el k máximo de 50.

No se obtuvo una curva

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7 Diseño Transversal

7.1 Definición Del Ancho De Calzada

Ancho de la calzada en función de la categoría de la carretera, del tipo de terreno y de la

Velocidad de diseño del tramo homogéneo (VTR).

Ilustración 19 Ancho de Calzada Fuente INVIAS

7.2 Pendiente Transversal En Entretangencias Horizontales

Es la pendiente que se da a la corona y a la subrasante con el objeto de facilitar el

escurrimiento superficial del agua.

Ilustración 20 Bombeo de la calzada Fuente:INVIAS

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7.3 Berma

La berma es la faja comprendida entre el borde de la calzada y la cuneta. Cumple cuatro

funciones básicas: proporciona protección al pavimento y a sus capas inferiores, que de

otro modo se verían afectadas por la erosión y la inestabilidad; permite detenciones ocasionales

de los vehículos; asegura una luz libre lateral que actúa sicológicamente sobre los conductores

aumentando de este modo la capacidad de la vía y ofrece espacio adicional para maniobras

de emergencia aumentando la seguridad

7.4 Ancho de berma

El ancho de las bermas depende de la categoría de la carretera, el tipo de terreno y la velocidad

de diseño del tramo homogéneo (VTR). En la Tabla 5.4 se presenta el ancho que deben tener.

Ilustración 21 Ancho Berma Fuente INVIAS

7.5 Pendiente transversal

Las bermas deben tener la misma pendiente transversal que el carril de circulación adyacente,

bien sea en entretangencia o en curva. Adicionalmente, no debe existir desnivel entre la

berma y el carril de circulación adyacente, separándose éstas dos franjas mediante líneas de

demarcación.

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7.6 Secciones típicas

Con base a los criterios mencionados se determina la sección típica que será trabajada.

Ilustración 22 Sección típica.