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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
PÁGINA 1
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.
PÁGINA 2
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
PÁGINA 3
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.
PÁGINA 4
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
PÁGINA 5
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
PÁGINA 6
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.
PÁGINA 10
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.
PÁGINA 11
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
PÁGINA 12
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.
PÁGINA 12
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.
PÁGINA 14
PÁGINA 15
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
PÁGINA 16
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
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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.