PROPUESTA DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DE UN ANILLO VIAL …

PROPUESTA DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DE UN ANILLO VIAL PARA BOGOTÁ EN EL SECTOR 4 (DESDE LA AUTOPISTA SUR HASTA LA CALLE

80)

Presentado por: Eduardo Humberto Cruz Ballesteros

July Eslendy Nivia Ortiz

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA TOPOGRÁFICA BOGOTÁ

2016

PROPUESTA DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DE UN ANILLO VIAL PARA BOGOTÁ EN EL SECTOR 4 (DESDE LA AUTOPISTA SUR HASTA LA CALLE

80)

Presentado por: Eduardo Humberto Cruz Ballesteros

July Eslendy Nivia Ortiz

Director: Ing., Carlos Javier González Vergara

ITV-Esp-M sc

Trabajo de grado para optar por el título de ingeniero Topográfico

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA TOPOGRÁFICA BOGOTÁ

2016

Nota de aceptación

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_______________________________ Ing., Carlos Javier González Vergara

Director

_______________________________ Jurado

_______________________________ Jurado

Bogotá D.C (16/03/2016)

Dedicatoria

Eduardo Humberto Cruz Ballesteros Este trabajo está dedicado a Dios por haberme dado la salud y sabiduría para cumplir con este logro, a mi madre María Esther Cruz Ballesteros por su apoyo incondicional, consejos y valores, a mis abuelos, María de los Ángeles Ballesteros y Marcos E Cruz Lozano por su ejemplo y perseverancia, a mis padrinos Félix E Cruz Ballesteros y Miriam Cruz Ballesteros por su apoyo y ejemplo en todo momento, a mis tíos, a mis primos, a mis amigos y a mis Maestros que son ejemplo de vida, a cada uno de ellos gracias por su apoyo en la culminación de este logro. July Nivia Ortiz Dedico este proyecto de grado principalmente a Dios, por ser la guía durante toda

mi vida y permitirme el haber llegado hasta este momento tan importante en mi

formación académica. A mis padres Liliana Ortiz y Orlando Nivia; y mi hermano

Orlando Nivia Ortiz, por su ejemplo y quienes sin su ayuda y apoyo incondicional

no hubiese sido posible este logro y culminación de esta meta. A mis maestros, los

cuales guiaron el buen desarrollo del proyecto y, de manera muy especial y grata

a toda mi familia, amigos y compañeros que me apoyaron durante este proceso.

Agradecimientos

Los autores desean presentar su más sincero agradecimiento a:

Ingeniero Carlos Javier González Vergara, Director del Trabajo de Grado, por su orientación, apoyo y dedicación en el desarrollo del proyecto.

Ingeniero Mario Arturo Rincón Villalba, Ingeniero Wilson Vargas Vargas e Ingeniero Hugo Rondón por la orientación brinda en el proyecto y en cada una de las asignaturas dictadas en las especialidades.

Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), Secretaria Distrital de

movilidad (SDM) e instituto de desarrollo urbano (IDU) por brindar información importante en las etapas del proyecto.

TABLA DE CONTENIDO

1. OBJETIVOS ...................................................................................................... 1

1.1 Objetivo general .......................................................................................... 1

1.2 Objetivo especifico ...................................................................................... 1

2. MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 2

2.1 Clasificación de las carreteras .................................................................... 3

2.1.1 Según su función.................................................................................. 3

2.1.2 Según el tipo de terreno ....................................................................... 4

2.1.3 Según su competencia ......................................................................... 4

2.1.4 Según sus características .................................................................... 5

2.1.5 Según transitabilidad ............................................................................ 5

2.1.6 Según técnica oficial ............................................................................ 6

2.2 Fases y actividades del proyecto de una carretera ..................................... 6

2.2.1 Pre-factibilidad...................................................................................... 6

2.2.2 Factibilidad ........................................................................................... 6

2.2.3 Diseños definitivos ............................................................................... 6

2.3 Diseño geométrico en planta ...................................................................... 7

2.3.1 Curvas horizontales espirales .............................................................. 7

2.4 Diseño geométrico vertical .......................................................................... 8

2.4.1 Tipos de Curvas verticales ................................................................... 8

2.5 Diseño geométrico transversal ................................................................... 9

2.6 Volumen de tránsito .................................................................................... 9

2.6.1 Volúmenes de tránsito anual TA. ....................................................... 10

2.6.2 Volúmenes de tránsito mensual TM. .................................................. 11

2.6.3 Volúmenes de tránsito semanal TS. ................................................... 11

2.6.4 Volúmenes de tránsito diario TD. ....................................................... 12

2.6.5 Variación del volumen de tránsito en la hora de máxima demanda VHMD 12

2.6.6 Volumen horario de proyecto VHMP. ................................................. 12

2.6.7 Factor de la hora de máxima demanda FHMD. ................................. 12

2.6.8 Pronóstico del volumen de tránsito futuro .......................................... 12

2.7 Velocidad de proyecto .............................................................................. 14

2.7.1 Estudio de velocidad de punto ........................................................... 15

2.8 Nivel de servicio o LOS (level of service). ................................................. 15

2.8.1 Nivel de servicio A .............................................................................. 15

2.8.2 Nivel de servicio B .............................................................................. 16

2.8.3 Nivel de servicio C .............................................................................. 16

2.8.4 Nivel de servicio D .............................................................................. 17

2.8.5 Nivel de servicio E .............................................................................. 18

2.8.6 Nivel de servicio F .............................................................................. 18

2.8.7 Análisis operacional ........................................................................... 19

2.8.8 Análisis de diseño o proyecto ............................................................. 19

2.9 Tipos de coordenadas .............................................................................. 19

2.9.1 Planas cartesianas ............................................................................. 19

2.10 Información tipo Ráster ......................................................................... 20

2.11 Información tipo vector .......................................................................... 20

2.12 Georreferenciación ................................................................................ 20

2.12.1 Puntos de control ............................................................................ 20

2.12.2 Error medio cuadrático .................................................................... 21

2.13 Autopista Elevada .................................................................................. 22

3. DISEÑO METODOLÓGICO ........................................................................... 23

3.1 Obtención de cartografía .......................................................................... 24

3.2 Modelo digital de terreno .......................................................................... 24

3.3 Conteos vehiculares ................................................................................. 24

3.4 Pronosticó del volumen de tránsito futuro. ................................................ 26

3.4.1 Estación maestra autopista sur. ......................................................... 26

3.4.2 Estación maestra calle 80 .................................................................. 27

3.5 Nivel de servicio ........................................................................................ 27

3.6 Análisis de velocidad ................................................................................ 28

3.7 Análisis del radio de curvatura AutoTurn .................................................. 29

3.8 Diseño geométrico del anillo vial .............................................................. 31

3.8.1 Clasificación del terreno ..................................................................... 32

3.8.2 Ancho de calzada ............................................................................... 32

3.8.3 Bermas ............................................................................................... 32

3.8.4 Asignación de radios y peraltes ......................................................... 33

3.8.5 Asignación longitud de espirales ........................................................ 34

3.8.6 Longitud mínima circular .................................................................... 35

3.8.7 Entre tangencia mínima horizontal ..................................................... 35

3.8.8 Entre tangencia máxima horizontal .................................................... 35

3.8.9 Longitud de transición ........................................................................ 35

3.8.10 Sobre ancho .................................................................................... 36

3.8.11 Longitud mínima y máxima de la tangente vertical ......................... 36

3.8.12 Asignación de longitud de la vertical ............................................... 37

3.8.13 Pendiente mínima y máxima longitudinal ........................................ 38

3.8.14 Bombeo ........................................................................................... 38

3.8.15 Cantidades de obra ......................................................................... 39

4. RESULTADOS ............................................................................................... 41

4.1 Obtención de cartografía .......................................................................... 41

4.2 Modelo digital de terreno .......................................................................... 42

4.3 Conteos vehiculares ................................................................................. 42

4.3.1 Resultados volúmenes Soacha .......................................................... 43

4.4 Pronóstico del volumen de tránsito futuro. ................................................ 47

4.4.1 Conteos históricos estación maestra autopista sur ............................ 47

4.4.2 Conteos históricos estación maestra calle 80 .................................... 48

4.4.3 Tránsito futuro autopista sur- Soacha ................................................ 49

4.4.4 Tránsito futuro calle 80 ....................................................................... 50

4.5 Análisis de velocidad ................................................................................ 50

4.5.1 Valores representativos ...................................................................... 53

4.6 Análisis nivel de servicio HCM 2000 y visita de campo ............................ 53

4.6.1 Análisis datos Soacha ........................................................................ 54

4.6.2 Análisis calle 80.................................................................................. 55

4.6.3 Análisis nivel de servicio mediante visita de campo ........................... 56

4.7 Análisis de radio de curvatura - AutoTURN .............................................. 57

4.8 Diseño geométrico del anillo vial .............................................................. 59

4.8.1 Tipo de terreno ................................................................................... 59

4.8.2 Diseño Horizontal ............................................................................... 60

4.8.3 Sobreancho ........................................................................................ 65

4.8.4 Peralte ................................................................................................ 66

4.8.5 Diseño Vertical ................................................................................... 68

4.8.6 Estructura de pavimento .................................................................... 69

4.8.7 Sección Transversal ........................................................................... 70

4.9 Costos ....................................................................................................... 71

4.9.1 Costos de recuperación ..................................................................... 73

4.9.2 Costos de construcción ...................................................................... 74

4.10 Planos ................................................................................................... 76

5. CONCLUSIONES ........................................................................................... 77

6. RECOMENDACIONES ................................................................................... 78

7. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 79

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Trazado para nuevas ciudades ................................................................ 3 Figura 2. Ciclo de un proyecto llamado carretera .................................................... 7 Figura 3. Elementos del empalme espiral-circulo-espiral ......................................... 7

Figura 4. Curvas verticales convexas ...................................................................... 8 Figura 5. Curvas verticales cóncavas ...................................................................... 8 Figura 6. Sección vial urbana................................................................................... 9 Figura 7. Nivel de servicio A .................................................................................. 16 Figura 8. Nivel de servicio B .................................................................................. 16

Figura 9. Nivel de servicio C .................................................................................. 17 Figura 10. Nivel de servicio D ................................................................................ 17

Figura 11. Nivel de servicio E ................................................................................ 18

Figura 12. Nivel de servicio F................................................................................. 18 Figura 13. Proyección cartesiana ........................................................................... 19 Figura 14. Estructura de datos raster y vector. ...................................................... 20

Figura 15. Puntos de control georreferenciación. .................................................. 21 Figura 16. Punto de aforo Soacha ......................................................................... 24

Figura 17. Punto de aforo calle 80 ......................................................................... 25 Figura 18. Formato Volúmenes vehiculares ......................................................... 25 Figura 19. Clasificación vehicular camiones. ......................................................... 26

Figura 20. Localización estación maestra autopista sur. ....................................... 27

Figura 21.Localización estación maestra calle 80.................................................. 27

Figura 22. Análisis de velocidad base fija .............................................................. 28 Figura 23. Formato análisis de velocidad .............................................................. 29

Figura 24. Inicio de AutoTURN .............................................................................. 29 Figura 25. Configuración para el tipo de vehículo .................................................. 30 Figura 26. Configuración de la simulación. ............................................................ 31

Figura 27. Diagrama de peraltes curvas espirales. ................................................ 36 Figura 28. Transición del sobre ancho curvas espirales ........................................ 36

Figura 29. Efecto de pendiente en los vehículos ................................................... 37 Figura 30. Tipos de secciones y sólidos cubicación .............................................. 39 Figura 31. Reporte ajuste puntos de control georreferenciación software ArcGIS. 41

Figura 32. Modelo digital de terreno del sector ...................................................... 42

Figura 33. Variación del tránsito dentro de la hora de máxima demanda aforo Soacha. .................................................................................................................. 45 Figura 34. Composición vehicular ABC aforo Soacha. .......................................... 46

Figura 35. Regresión lineal datos históricos autopista sur ..................................... 48 Figura 36. Regresión lineal datos históricos calle 80 ............................................. 49 Figura 37. Histograma y polígono de frecuencias de velocidades de punto .......... 52 Figura 38. Curva de Distribución de frecuencias ................................................... 52 Figura 39. Curva de frecuencias observada y acumulada de velocidades de punto ............................................................................................................................... 53

Figura 40. Reporte HCM 2000 Soacha. ................................................................. 54 Figura 41. Reporte HCM 2000 Calle 80. ................................................................ 55 Figura 42. Nivel de servicio actual autopista sur .................................................... 56 Figura 43. Nivel de servicio actual en operaciones retorno ................................... 56 Figura 44. Líneas de recorrido para el vehículo de diseño (vehículo articulado), en el inicio de la curva 1 del eje derecho. ................................................................... 57 Figura 45. Líneas de recorrido para el vehículo de diseño (vehículo articulado), en el K0+200 del eje derecho. .................................................................................... 58 Figura 46. Líneas de recorrido para el vehículo de diseño (vehículo articulado), durante toda la curva 1 del eje derecho. ................................................................ 58

Figura 47. Curva ECE 1 – Eje derecho .................................................................. 63 Figura 48. Localización Avenida longitudinal consultoría CEV .............................. 70

Figura 49. Diagrama de masa eje izquierdo. ......................................................... 71

Figura 50. Diagrama de masas eje derecho. ........................................................ 72 Figura 51. Idu precios de referencia acarreo. ........................................................ 72 Figura 52. Precios de referencia de materiales IDU. ............................................. 74

Figura 53. Precios de referencia viaducto. ............................................................. 75

ÍNDICE DE CUADROS

Cuadro 1. Resumen de metodología desarrollada en el proyecto. ........................ 23 Cuadro 2. Ancho de calzadas para carreteras ....................................................... 32 Cuadro 3. Ancho de bermas para carreteras ......................................................... 33

Cuadro 4. Valores de radios y peraltes. ................................................................. 33 Cuadro 5. Variación de la aceleración centrifuga (J) ............................................. 34 Cuadro 6. Valores máximos y mínimos de rampa de peraltes. .............................. 34 Cuadro 7. Valores de radios para pequeñas deflexiones ...................................... 35 Cuadro 8. Longitud mínima de la vertical ............................................................... 37

Cuadro 9. Valores de K para establecer valores mínimos de longitud de curvas verticales. ............................................................................................................... 38

Cuadro 10. Valores de bombeo para la calzada .................................................... 39

Cuadro 11. Conteo vehicular Soacha .................................................................... 43 Cuadro 12. Volumen horario de máxima demanda Soacha .................................. 44 Cuadro 13. Factor de hora pico. ............................................................................ 45

Cuadro 14. Resumen cálculos conteos vehiculares Soacha ................................. 46 Cuadro 15. Resumen cálculo conteos vehiculares calle 80 ................................... 47

Cuadro 16. Serie Conteos históricos autopista sur. ............................................... 47 Cuadro 17. Serie de conteos histórica calle 80 ...................................................... 48 Cuadro 18. Tránsito futuro autopista sur Soacha................................................... 49

Cuadro 19. Tránsito futuro calle 80. ....................................................................... 50

Cuadro 20. Valores establecidos para la distribución de frecuencias .................... 51

Cuadro 21. Distribución de frecuencias de velocidad de punto ............................. 51 Cuadro 22. Valores representativos análisis de velocidad ..................................... 53

Cuadro 23. Definición del tipo de terreno. .............................................................. 59 Cuadro 24. Coordenadas del BOP y EOP ............................................................. 60 Cuadro 25. Parámetros de la curva 1 – Alineamiento horizontal derecho ............. 61

Cuadro 26. Criterios de diseño para la curva 1 – Alineamiento horizontal derecho ............................................................................................................................... 61

Cuadro 27. Elementos de la curva ECE 1 – Alineamiento horizontal derecho ...... 62 Cuadro 28. Radios y longitudes de espiral de las curvas horizontales. ................. 64 Cuadro 29. Sobreancho de la curva 1 – Alineamiento horizontal derecho ............ 65

Cuadro 30. Sobreancho de las curvas horizontales. .............................................. 66

Cuadro 31. Parámetros para el cálculo del peralte de la curva 1 – Alineamiento horizontal derecho ................................................................................................. 66 Cuadro 32. Peralte máximo de las curvas horizontales. ........................................ 67

Cuadro 33. Lv y K de las curvas verticales. ........................................................... 68 Cuadro 34. Estructura de pavimento anillo vial. ..................................................... 70 Cuadro 35. Volúmenes de acarreo. ....................................................................... 71 Cuadro 36. Volúmenes operación proyecto Calle 80 ............................................. 73 Cuadro 37. Volúmenes de operación proyecto Soacha. ........................................ 73 Cuadro 38. Valores de peaje autopista Bogotá-Girardot. ...................................... 73

Cuadro 39. Recuperación inversión por costo de acarreo. .................................... 74 Cuadro 40. Totales de cubicación materiales ........................................................ 74 Cuadro 41.valor de materiales ............................................................................... 75 Cuadro 42.Recuperación inversión por costo de materiales. ................................. 75 Cuadro 43. Viaducto costos ................................................................................... 76

ÍNDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1. Volumen de tránsito .......................................................................... 10

Ecuación 2. Volumen de tránsito promedio. .......................................................... 10 Ecuación 3. Tránsito promedio diario anual ........................................................... 11

Ecuación 4. Tránsito promedio diario mensual ...................................................... 11

Ecuación 5. Tránsito promedio diario semanal ...................................................... 11 Ecuación 6. Factor de la hora de máxima demanda ............................................. 12 Ecuación 7. Volúmenes de tránsito futuro ............................................................. 13

Ecuación 8. Tránsito actual .................................................................................... 13 Ecuación 9. Incremento normal del tránsito ........................................................... 14

Ecuación 10. Cálculo tránsito futuro ...................................................................... 14

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 1. Cartografía Igac –reporte georreferenciación ......................................... 81 Anexo 2. Modelo digital (curvas de nivel) .............................................................. 82

Anexo 3. Carteras conteos vehiculares ................................................................. 83 Anexo 4. Resultados Volúmenes Vehiculares ....................................................... 84 Anexo 5. Datos Históricos Secretaria de Movilidad ............................................... 85 Anexo 6. Carteras y análisis de velocidad ............................................................. 86 Anexo 7. Resultados HCM 2000 y Volúmenes Futuros ......................................... 87

Anexo 8. Diseño Geométrico Anillo Vial ................................................................ 88 Anexo 9. Planos Diseño Geométrico Anillo Vial..................................................... 89

Anexo 10. Reportes Civil 3D .................................................................................. 90

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RESUMEN

El presente trabajo muestra el marco teórico, la metodología y los resultados obtenidos de la PROPUESTA DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DE UN ANILLO VIAL PARA BOGOTÁ EN EL SECTOR 4 (DESDE LA AUTOPISTA SUR HASTA LA CALLE 80), siguiendo el estudio de especificaciones y componentes como lo son: el diseño geométrico de vías tanto nacional como internacional, análisis y estudio de tránsito, políticas implementadas para solucionar la movilidad de Bogotá y el componente de topografía en el sector a diseñar. Para el componente político se plantea obtener una mejor movilidad en Bogotá optando por diferentes políticas y planes de reestructuración organizacional, tales como lo es el SITP y el PMM, en el cual se trata de adecuar logísticamente cada uno de los componentes del tránsito con el fin de mejorar la movilidad. En cuanto a la topografía del sector, se obtiene a partir de la digitalización de planchas cartográficas suministradas por el Igac, a escala 1:2000, con proyección local plana cartesiana y finalmente la elaboración del modelo digital de terreno al extraer cada una de las curvas de nivel. En el componente de tránsito se realizó el conteo de vehículos en sectores cercanos al inicio y fin del anillo vial con el fin de obtener el volumen vehicular horario del proyecto, a partir del cálculo de volumen horario de máxima demanda y factor de hora pico, también se determinó el análisis de velocidad en estos sectores para establecer las condiciones actuales. Una vez interpretada ésta información se calcula la proyección futura de volúmenes vehiculares a partir de datos históricos suministrados por la secretaria de movilidad, obteniendo las condiciones de nivel de servicio actual y futura con el fin de determinar el número de carriles, siguiendo los parámetros del HCM 2000 y el manual de tránsito para Bogotá. Una vez analizados y obtenidos los anteriores componentes y especificaciones del diseño geométrico del anillo vial, se desarrolló el diseño a nivel de planta, perfil y sección transversal en el software AutoCAD Civil 3D, siguiendo el manual de diseño geométrico de carreteras (Invias 2008) y en el manual de la (AASHTO 2011) enfocado en especificaciones del diseño de autopistas. Palabras claves: política de infraestructura, topografía, volúmenes vehiculares, tránsito, nivel de servicio, diseño geométrico vial.

ii

INTRODUCCIÓN

Se presenta una propuesta a nivel de pre-factibilidad la implementación de un anillo vial (Sector 4), con características geométricas de diseño de una autopista, para descongestionar el creciente tráfico vehicular que se presenta en la ciudad Bogotá. Los Objetivos en el diseño del anillo vial comprende estudios de tránsito con análisis de velocidad, volúmenes, análisis de nivel de servicio en campo y oficina, estudios de topografía, generando un modelo digital de terreno a partir de digitalización de cartografía a escala 1:2000, unas vez elaborado los estudios de tránsito y topografía se realiza el diseño de la geometría del anillo vial asignando valores de geometría a las etapas de planta, perfil y sección, lo cual permite estimar costos de volúmenes de movimientos de tierra y cubicaciones. Antecedentes: El reconocimiento actual de las necesidades viales surgen debido al crecimiento físico y demográfico que ha presentado la ciudad de Bogotá desde el siglo pasado a comienzos de 1950, lo cual conlleva a la gran demanda de vivienda, servicios públicos, servicios comunitarios, empleo, entre otros, y nuestro tema principal Infraestructura Vial. (Beltran) Actualmente el panorama de la cuidad de Bogotá no ha cambiado mucho ya que presenta un déficit en cuanto a infraestructura. Además, ésta ha venido creciendo en cuanto a su número de habitantes y expansión urbana. Lo que hace que el espacio destinado para la construcción y desarrollo de la malla vial sea cada vez mínimo y la movilidad dentro de la misma sea cada vez más caótica y necesaria. No obstante se han venido presentando e implementando diferentes alternativas que pretenden ayudar y solucionar el problema de movilidad y embotellamiento vehicular. Estas alternativas son: la implementación del pico y placa, el sistema masivo de Transmilenio y el más reciente, sistema integrado de transporte público (SITP). Sin embargo, tales alternativas no han brindado el resultado esperado, es por ello que es necesario estudiar una mejor alternativa que solucione dicho problema. Justificación: El PMM (Plan Maestro de Movilidad) busca realizar una estructuración organizacional del transporte en Bogotá, en este ámbito la propuesta del diseño servirá de apoyo para lo establecido en la cuestión del POL (Plan de Ordenamiento Logístico) y la creación de centrales recolectoras de mercancía en la periferia de la ciudad, este punto del transporte es de vital importancia puesto que el análisis realizado en el PMM establece que “los carros grandes deterioran la infraestructura vial, afectación al medio ambiente, e inciden en la congestión y elevación de accidentes”. (Duarte, 2004)

iii

Por lo mencionado anteriormente este diseño es de gran importancia para toda la cuidad y gran parte de las concertantes nacionales que allí llegan, por su eficiencia en el flujo vehicular y disminución del tiempo recorrido, en cualquier época del año, por lo cual disminuirá el grado de embotellamiento en periodos donde se presentan festividades, y así mismo la movilidad diaria. Metodología: La metodología empleada para el diseño geométrico del anillo vial estará centrada en lo cuantitativo, debido al tipo de variables que se manejaran en las diferentes actividades y estudios que se realizan para la obtención del diseño geométrico del anillo vial, pero además de la metodología, esta estará soportada por el análisis, correlacionar, descriptiva experimental y campo. Alcances: Finalmente en el presente trabajo se dará a conocer una posible solución ante la problemática que maneja la cuidad de Bogotá en cuanto a movilidad y transporte debido a la congestión vehicular, dando a mostrar el resultado de la propuesta sobre el diseño geométrico de un anillo vial para Bogotá, el cual se realizará por sus alrededores e interceptará con vías primarias que formarán parte de una malla de autopistas. El sector a diseñar y presentar corresponde al tramo denominado sector 4, el cual está ubicado en el occidente de la ciudad. Además, que interceptará la autopista sur, las calles 13 y 80 y los demás sectores correspondientes al anillo vial. Esto con el fin de dar paso eficiente al tránsito y transporte que maneja la cuidad para el ingreso, desplazamiento y salida de la misma.

1

1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo general Presentar una propuesta a nivel de pre-factibilidad, que consiste en la implementación de un anillo vial (Sector 4) como alternativa para descongestionar el creciente tráfico vehicular que se presenta en la ciudad de Bogotá.

1.2 Objetivo especifico

Reconocer las necesidades viales del distrito a través de diferentes instrumentos de recolección de información.

Analizar los estudios pertinentes basados en encuestas y documentos sobre tránsito y movilidad en diferentes etapas.

Generar el modelo digital del terreno para el occidente de la cuidad comprendido entre la Autopista Sur, Avenida Américas y Las Calles 13 y 80.

Realizar el diseño geométrico del anillo vial en el Sector Occidental de Bogotá que supla las necesidades de movilidad ahora y durante los próximos años.

Estimar el costo a nivel de pre-factibilidad del diseño propuesto teniendo en cuenta las variables y elementos implementados durante el diseño geométrico.

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2. MARCO TEÓRICO En esta sección se verán algunos aspectos a tener en cuenta en el trazado de carreteras actuales y uno de los tipos de soluciones que se han establecido para el problema actual de tránsito urbano y rural. En relación con las soluciones actuales, estas están soportadas en el concepto de movilidad sostenible, pero que actualmente la situación es de no sostenible debido a la cogestión vehicular, sin embargo puede ser solucionada con el incremento de inversiones en nuevas infraestructuras, es decir, que una movilidad sostenible intentará maximizar la movilidad. (Camacho, 2006) Pero, para llevar a cabo una movilidad sostenible se necesitará de políticas relacionas al tema, uno de estos es el que resalta la constitución política de Colombia en el artículo 24, “Todo colombiano, con las limitaciones que establezca la ley, tiene derecho a circular libremente por el territorio nacional, a entrar y salir de él, y a permanecer y residenciarse en Colombia.” (Colombia, 1991). Por otro lado para dar cumplimento se resalta en el PMM1 el de una reestructuración y organización de los diferentes componentes del sistema de movilidad, donde se emplea el concepto de jerarquización vial, el cual opta por dar soluciones al problema del tránsito por medio de autopistas. (Duarte, 2004) Dentro del manual centro americano para el diseño geométrico de carreteras se establece la clasificación de autopistas regionales resaltándolas en un orden de mayor jerarquía y las canaliza en el desarrollo urbano como una alternativa para circunvalar las ciudades. (Leclair, 2004) Una vez identificada la causa del problema en la movilidad, uno de los tipos de solución planteados es el de tipo integral, constituidos principalmente por nuevos tipos de vialidades inspirados en sistemas circulatorios, la circulación de la sangre en el hombre y el de las plantas, es decir, que buscará principalmente un control en el sistema, en resumen se puede tratar de un sistema de vías denominado autopistas que circunvalan a la ciudad con accesos controlados e intersecciones2 a distintos niveles y que buscará que los tiempos de recorrido sean menores entre dos puntos, permitiendo así el descongestionamiento en el centro de las ciudades ya que facilitan el movimiento de grandes volúmenes de tránsito entre áreas a través o alrededor de la ciudad o área urbana (ver figura1), es decir, que con este concepto se puede hablar de vías rápidas con velocidades superiores de 130 km/h. (Cal y Mayor, 2013)

1 PMM: plan maestro de movilidad para Bogotá, incluye ordenamiento de estacionamientos. 2 Intersecciones: dispositivos viales en los que dos o más carreteras se encuentran.

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Figura 1. Trazado para nuevas ciudades

Fuente: Ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y

Mayor, 2013)

2.1 Clasificación de las carreteras Una carretera se puede definir como una infraestructura que se encuentra establecida dentro de una faja de terreno o sección adecuada, la cual se le denomina derecho de vía, el propósito de la carretera es de permitir el flujo vehicular de manera continua en el espacio y tiempo, con niveles de seguridad y comodidad adecuadas. (Cardenas, 2013) 2.1.1 Según su función

Carreteras primarias o de primer orden.

Son aquellas vías troncales, transversales y accesos a las capitales, este tipo de vías conectan las principales zonas del país, además de conectar zonas principales esta se conocen como panamericanas es decir conexión entre países, además presentan la características de ser pavimentadas3. (Cardenas, 2013)

Carreteras secundarias o de segundo orden.

Estas vías son las encargadas de conectar municipios, estas se conectan con las carreteras primarias, con la característica de ser pavimentadas o en afirmado4. (Cardenas, 2013)

3 Pavimento: conjunto de capas superpuestas relativamente, compuesta de materiales seleccionados. 4 Afirmado: capa compactada de material granular o procesado.

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Carreteras terciarias o tercer orden.

Estas vías unen veredas con municipios, la características de estas vías es en afirmado. (Cardenas, 2013) 2.1.2 Según el tipo de terreno

Carreteras en terreno plano Este terreno se caracteriza por tener pendientes transversales al eje de la vía menores a 5°, exige mínimo movimiento de tierras, las pendientes longitudinales son menores al 3%. (Invias, 2008)

Carretera en terreno ondulado. Tiene pendientes transversales entre 6° y 13°, presenta movimiento de tierras moderado, las pendientes longitudinales varían entre 3% y 6%, para el tránsito de vehículos pesados la velocidad es reducida con respecto a la de los vehículos livianos. (Invias, 2008)

Carreteras en terreno montañoso

Tiene pendientes transversales entre 13° y 40°, presenta grandes movimientos de tierra, pendientes longitudinales 6% y el 8%, para el tránsito se obliga a operar a velocidades sostenidas. (Invias, 2008)

Carreteras en terreno escarpado

Tiene pendientes transversales superiores a 40°, presenta máximos movimientos de tierra, pendientes longitudinales mayores al 8%. 2.1.3 Según su competencia

Carreteras nacionales

Son aquellas que están administradas por Instituto Nacional de Vías (Invias), o concesionadas con la administración de la Agencia Nacional de Infraestructura (ANI), están dentro de las carreteras primarias. (Cardenas, 2013)

Carreteras departamentales

Son aquellas vías de los departamentos, forman parte de las carreteras secundarias.

5

Carreteras veredales o caminos vecinales

Estas vías están a cargo del Instituto Nacional de Vías (Invias) o de los municipios, forman parte de las carreteras terciarias. (Cardenas, 2013)

Carreteras distritales y municipales

Son las vías urbanas o suburbanas a cargo del distrito o municipio. (Cardenas, 2013) 2.1.4 Según sus características

Autopistas Estas vías presentan calzadas5 separadas, cada una con dos o más carriles, control de accesos totales, las entradas y salidas se hacen en intersecciones a desnivel llamados intercambiadores. (Cardenas, 2013)

Carreteras multi-carriles

Carreteras con calzadas divididas o no, con dos o más carriles, control parcial de accesos, las intersecciones pueden ser a nivel o desnivel. (Cardenas, 2013)

Carreteras de dos carriles

Constan de una solo calzada, sus intersecciones son a nivel y accesos directos. (Cardenas, 2013) 2.1.5 Según transitabilidad

Carreteras de tierra o en terracerías La superficie de esta carretera está conformada por tierra, en temporadas de invierno es complicada su transitabilidad. (Cal y Mayor, 2013).

Carreteras revestidas

La superficie de esta se encuentra revestida diferente al pavimento su transitabilidad se puede realizar en cualquier tiempo. (Cal y Mayor, 2013)

5 Calzada: zona destinada a la circulación de los vehículos.

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Carretera pavimentada

La superficie de esta carretera se encuentra revestida con pavimento o concreto. (Cal y Mayor, 2013)

2.1.6 Según técnica oficial Estas se identifican con un número y letra, se tienen en cuenta su geometría y volúmenes vehiculares en el año TPDA. (Cal y Mayor, 2013)

Tipo A4 para un TPDA de 5000 a 20000 vehículos. Tipo A2 para un TPDA de 3000 a 5000 vehículos. Tipo B para un TPDA de 1500 a 3000 vehículos. Tipo C para un TPDA de 500 a 1500 vehículos. Tipo D para un TPDA de 100a 500 vehículos. Tipo E para un TPDA hasta de 100 vehículos.

2.2 Fases y actividades del proyecto de una carretera 2.2.1 Pre-factibilidad Esta etapa consiste en comparar, en un periodo, la suma del costo inicial de construcción, costo de mantenimiento, los cuales se representaran en ahorros, en el costo de operación vehicular, es decir que el proyecto sea rentable, siendo una evaluación económica satisfactoria. (Invias, 2008) 2.2.2 Factibilidad En esta etapa del proyecto se debe realizar un diseño geométrico definitivo en planta y que sea compatible en perfil y secciones, es decir que se deben adelantar las actividades de pre diseño en perfil y secciones. 2.2.3 Diseños definitivos En esta etapa del proyecto se debe terminar en su totalidad los diseños geométricos detallados planta, perfil y sección, junto con las demás actividades que los complemente, estructural e hidráulico, con el fin de que el proyecto sea ejecutado. (Invias, 2008) En la figura 2 se puede observar las etapas o ciclos de un proyecto vial.

7

Figura 2. Ciclo de un proyecto llamado carretera

Fuente: Diseño Geométrico de vías (Carlos Javier Gonzales Vergara, y otros,

2012)

2.3 Diseño geométrico en planta El diseño geométrico en planta se constituye por elementos rectos que se unen en los PI6, tales elementos rectos son unidos con curvas que permiten una transición suave entre los elementos. En el diseño geométrico en planta se definirán variables como lo es el tipo de empalme, definición de radios, velocidad, definición del peralte, longitudes de curvas y entre-tangencias (Invias, 2008) 2.3.1 Curvas horizontales espirales Denominadas curvas de alivio ya que estas permiten aminorar el cambio repentino de curvatura entre la línea recta y la curva circular, el radio de esta curva disminuye desde el infinito en la tangente, hasta la curva circular que se conecta. Se pueden presentar empalmes espiral círculo espiral o espiral espiral (ver figura3). (Wolf, 2008)

Figura 3. Elementos del empalme espiral-circulo-espiral

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras (Invias, 2008)

6 PI: punto de intersección de las tangentes.

8

2.4 Diseño geométrico vertical El diseño geométrico vertical está conformado por líneas rectas que se enlazan con un elemento matemático denominado parábola, este trazado depende de la topografía donde se encuentre ubicado el proyecto, ya que se definirán pendientes bajo condiciones de movimiento de tierras y drenaje aceptables según normativa, tanto el diseño horizontal y el vertical deben ser consistentes entre ambos, en el diseño vertical se definirán pendientes, longitudes verticales, curvas cóncavas y convexas y distancia de visibilidad. (Invias, 2008) 2.4.1 Tipos de Curvas verticales Las curvas verticales se pueden definir como cóncavas o convexas según las pendientes de entrada y de salida, S1 y S2 respectivamente, las curvas verticales tienen puntos denominados, PCV y PTV estos puntos son el inicio y el final de cada curva respectivamente, el PIV es la intersección de dos tangente, la diferencia algebraica de pendientes se representa con la letra A, en las figuras 4 y 5 se puede observar el tipo de curvas convexas y cóncavas.

Figura 4. Curvas verticales convexas

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras. (Invias, 2008)

Figura 5. Curvas verticales cóncavas

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras. (Invias, 2008)

9

2.5 Diseño geométrico transversal En el diseño geométrico transversal se definirá elementos de ancho de vía, el ancho de zona de reserva, calzada, bermas, cunetas, taludes y pavimentos, lo cual permitirá realizar el cálculo de volúmenes de materiales que requiera el proyecto en la figura 6 se puede observar la sección típica en uno de los tipos de clasificación de vías urbanas. (Cardenas, 2013)

Figura 6. Sección vial urbana.

Fuente: Plan de ordenamiento territorial de Bogotá.

2.6 Volumen de tránsito Es una de las variables más difíciles de determinar y caracterizar ya que por una vía se presentan cambios en la circulación de vehículos, presentado velocidades, volúmenes y tipos de vehículos poco constantes, lo cual hace que esta variable sea una aproximación de la realidad. (Rondon, 2015) Los volúmenes de tránsito son sistemas dinámicos con características de espaciales es decir que ocupan un lugar, y temporales es decir que consumen tiempo, el volumen está definido como el número de vehículos o personas que pasan por un punto durante un tiempo específico, (Cal y Mayor, 2013)

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La estimación del volumen es útil ya que este permite determinar el requerimiento de nuevas vías, el estado actual de servicio de las vías y orienta el diseño geométrico de las mismas. (Cal y Mayor, 1998) En la ecuación 1 se puede observar cómo se define el volumen.

Ecuación 1. Volumen de tránsito

Fuente: ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y Mayor, 2013)

Dónde: Q= vehículos que pasan por unidad de tiempo. (Vehículos/periodo) N= Número total de vehículos que pasan. (Vehículos) T= periodo determinado (unidad de tiempo) Los volúmenes se pueden realizar de forma anual, mensual, semanal y diario, de estos volúmenes se puede calcular su respectivo volumen promedio diario, tránsito promedio diario (TPD) que se expresa en periodos de días, en la ecuación 2 se define el TPD.

Ecuación 2. Volumen de tránsito promedio.


2.6.1 Volúmenes de tránsito anual TA. Se define como el total de vehículos que pasan durante un año, T= 1 año, de aquí se puede calcular el TPDA (tránsito promedio diario anual), en la ecuación 3 se define el TPDA.

11

Ecuación 3. Tránsito promedio diario anual


Los volúmenes de tránsito anual son usados para determinar patrones de viaje, calcular índices de accidentes, indicar tendencias y estimativos de costos de operación en las vías. (Cal y Mayor, 2013)

2.6.2 Volúmenes de tránsito mensual TM. Se define como el número total de vehículos que pasan durante un mes T= 1mes, de aquí se puede calcular el TPDM (tránsito promedio diario mensual), en la ecuación 4 se define el TPDM.

Ecuación 4. Tránsito promedio diario mensual


2.6.3 Volúmenes de tránsito semanal TS. Se define como el número total de vehículos que pasan durante una semana T= 1semana, de aquí se puede calcular el TPDS (tránsito promedio diario semanal), en la ecuación 5 se define el TPDS.

Ecuación 5. Tránsito promedio diario semanal


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2.6.4 Volúmenes de tránsito diario TD. Se define como el número total de vehículos que pasan durante un día T= 1dia, loa TD son usados para estimar y mediar el actual funcionamiento de las vías, localizar sectores críticos donde se requiera nueva infraestructura. (Cal y Mayor, 2013)

2.6.5 Variación del volumen de tránsito en la hora de máxima demanda VHMD

Se define como el número máximo de vehículos que pasan por un punto o sección durante 60 minutos, a través de este se determina la hora pico (Cal y Mayor, 1998)

2.6.6 Volumen horario de proyecto VHMP. Se define como el volumen de tránsito horario que se utiliza para determinar las características geométricas de la vía en el año de funcionamiento de proyecto. (Cal y Mayor, 1998)

2.6.7 Factor de la hora de máxima demanda FHMD. Este indicador permite identificar las características de comportamiento de los flujos máximos en la hora de máxima demanda, es decir que si su valor es cercano a uno estos flujos son similares, en la ecuación 6 se define el FHMD.

Ecuación 6. Factor de la hora de máxima demanda


Dónde: N= número de periodos durante la hora de máxima demanda. 2.6.8 Pronóstico del volumen de tránsito futuro El pronóstico del volumen de tránsito futuro se basa en tránsito de volúmenes actuales y en volúmenes que están directamente relacionados con la puesta en marcha del proyecto, en la ecuación 6 se define el tránsito futuro como:

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Ecuación 7. Volúmenes de tránsito futuro


Tránsito actual

Este volumen será el que usara la nueva carretera al momento que inicie el funcionamiento, pero a sus ves este volumen se puede determinar cómo el tránsito existente más el tránsito atraído, este tránsito se define por medio de conteos vehiculares. (Cal y Mayor, 2013)

Ecuación 8. Tránsito actual


Dónde: TE= tránsito existente. TAt: tránsito atraído.

Tránsito atraído

También denominado tránsito desviado, puesto que se deben de tener en cuenta la situación actual de las vías existentes cercanas al proyecto, ya que si estas se encuentran saturadas este motivo hará de preferir el uso de una nueva alternativa de servicio.

Incremento del tránsito

El incremento del tránsito se define como el volumen que se espera que utilice la nueva carretera en el año seleccionado como de proyecto, este incremento se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

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Ecuación 9. Incremento normal del tránsito


Crecimiento normal del tránsito

El crecimiento normal del tránsito se define o se genera con el motivo de la generación de facilidad por adquisición de vehículos, también se tiene en cuenta el deseo de la personas de querer buscar la comodidad de movilizarse. (Cal y Mayor, 2013)

Tránsito generado Se define como aquel tránsito que se realizaran gracias a la puesta en marcha del proyecto, este tránsito se define tránsito inducido que son nuevos viajes que no se hacían, tránsito convertido nuevos viajes que se realizaban en transporte público pero que pasan a ser realizados por el particular y por ultimo tránsito trasladado viajes hechos pero que recurrirán a la nueva vía. (Cal y Mayor, 2013)

Tránsito desarrollado

El tránsito desarropado se define como el tránsito que aumentara en el transcurso del tiempo, puesto que una vez en marcha el proyecto este permitirá el desarrollo de población y actividades económicas adyacentes al área de influencia de la vía. (Cal y Mayor, 2013) Finalmente se puede expresar el tránsito futuro mediante la siguiente ecuación:

Ecuación 10. Cálculo tránsito futuro


2.7 Velocidad de proyecto También denominada como la velocidad de diseño, es la velocidad máxima a la cual los vehículos pueden transitar, la asignación depende de todos los factores de diseño, como lo son diseño en planta, perfil y sección (Cal y Mayor, 2013),

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además de esto se debe tener en cuenta la seguridad de los usuarios, sin que estos sientan cambios bruscos de velocidad en el los recorridos. (Invias, 2008). Para condiciones del proyecto de vías de tipo autopistas o freeway7 se asigna velocidades con rangos que oscilan entre los 90 km/h y los 120 km/h, aunque también se permite velocidades que oscilan entre los 70 km/h y los 100 km/h. (HCM, 2000)

2.7.1 Estudio de velocidad de punto Este estudio es realizado en un determinado punto o sección de carretera, con el fin de determinar distribuciones de velocidad según las características de la vía, en el proyecto geométrico el estudio de velocidad permitirá determinar las condiciones reales y existentes de velocidad, teniendo en cuenta las variables geométricas como los son números de carriles, radios de curvatura y peraltes. (Cal y Mayor, 2013)

2.8 Nivel de servicio o LOS (level of service). Se le denomina capacidad vial al componente de medir el estado en cuanto a calidad de flujo vehicular, esta es una medida cualitativa que describe las condiciones de operatividad de un flujo vehicular en una vía, estas condiciones están representadas con variables como los son velocidad, espacio de maniobras, comodidad, conveniencia y seguridad. (Cal y Mayor, 2013) El manual de capacidad vial determino HCM 2000 seis niveles de servicio nombrados A, B, C, D, E Y F, estos niveles se clasifican de menor mayor y según condiciones de operación y circulación deseables y obstaculizadas. (HCM, 2000)

2.8.1 Nivel de servicio A Este nivel de servicio se representa una circulación a flujo libre, los usuarios poseen libertad de maniobras, las velocidades de circulación son libres, en pocas palabras se puede hablar de una circulación excelente. (HCM, 2000)

7 Freeway: son las carreteras en el orden de clasificación de autopistas en estados unidos con control de accesos restringidos, y con dos o más carriles de servicio. (HCM, 2000)

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Figura 7. Nivel de servicio A

Fuente: HighWay Capacity Manual.2000 (HCM, 2000)

2.8.2 Nivel de servicio B Este nivel de servicio aun presenta un flujo libre, se presenta selección de velocidades libre por los usuarios, disminuye un poco de libertad de maniobra. (HCM, 2000)

Figura 8. Nivel de servicio B


2.8.3 Nivel de servicio C Este nivel de servicio presenta un flujo estable, la interacción entre los usuarios es mayor, la selección de la velocidad se ve afectada por el número mayor de usuarios, la libertad de maniobra empieza a ser restringida. (HCM, 2000)

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Figura 9. Nivel de servicio C


2.8.4 Nivel de servicio D Este nivel de servicio presenta una densidad8 elevada, aunque es estable, la velocidad y el espacio de maniobras son más restringidos, se presentan problemas de movilidad. (HCM, 2000)

Figura 10. Nivel de servicio D


8 Densidad: se define como la cantidad de vehículos livianos/ kilometro / carril.

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2.8.5 Nivel de servicio E Este nivel de servicio se presenta ya casi un límite de capacidad, la velocidad se ve reducida, el espacio de maniobra es difícil, se presentan colapsos en las vías por congestión vehicular. (HCM, 2000)

Figura 11. Nivel de servicio E


2.8.6 Nivel de servicio F Este nivel de servicio presenta un flujo forzado, se forma un elevado congestionamiento vehicular, con principal característica en los vehículos del efecto de onda parada y arranque, la velocidad es mínima y espacio de maniobra reducido. (HCM, 2000)

Figura 12. Nivel de servicio F


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2.8.7 Análisis operacional Este análisis está orientado a estimar el nivel de servicio en las condiciones actuales en la vía, permitiendo realizar inversiones a bajo costo y corto plazo, como lo es el caso del cambio de radio de curvatura de una curva. (Cal y Mayor, 2013)

2.8.8 Análisis de diseño o proyecto Este análisis consiste en determinar el número de carriles que se necesitan para alcanzar un nivel de servicio deseado de acuerdo a los volúmenes de vehículos pronosticados, los niveles que pueden establecer como deseados para proyectos a largo plazo son el C y el D. (Cal y Mayor, 2013)

2.9 Tipos de coordenadas

2.9.1 Planas cartesianas El sistema de coordenadas planas cartesianas corresponden a una representación conforme en el elipsoide, sobre un plano paralelo, ubicado a una determinada altura H, siendo tangente en un determinado punto de latitud y longitud, la proyección del meridiano representa el norte, este tipo de proyección es utilizada para la elaboración de cartografía de ciudades de escala mayores a 1:5000, de estar proyección existen tantos orígenes cartesianos como ciudades o municipios. (Igac, 2004)

Figura 13. Proyección cartesiana

Fuente: Tipos de coordenadas manejados en Colombia. (Igac, 2004)

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2.10 Información tipo Ráster La estructura o información tipo ráster consiste en considerar los objetos, (arboles, caminos, topografía del terreno), en una o más celdas a la cual le corresponde o se referencia de fila y columna, la cual representa su atributo o valor. (Igac, 1998)

2.11 Información tipo vector La estructura tipo vectorial representa objetos de la realidad por medio de un par o una secuencia de pares de coordenadas (x, y), interconectadas, esta estructura se caracteriza por tener dirección, longitud y sentido. (Igac, 1998)

Figura 14. Estructura de datos raster y vector.

Fuente: centro de Investigación y Desarrollo en Información geográfica (CIAF)

2.12 Georreferenciación La georreferenciación se refiere al proceso de asignar coordenadas cartográficas a los datos de una imagen. Los datos pueden estar ya proyectados en el plano deseado, pero no estar referenciados en el sistema de coordenadas apropiado.

2.12.1 Puntos de control Los puntos de control son una serie de puntos del terreno, conocidos con coordenadas X, Y, o N y E, que vinculan ubicaciones en el ráster, con ubicaciones de los datos relacionados espacialmente N, E vs raster ver (figura 15). Los puntos de control son ubicaciones que se pueden identificar con precisión en el ráster, con el fin de conocer el grado de precisión bajo el criterio del error medio cuadrático, el número de puntos de control permitirá utilizar un determinado polinomio que orientará el raster a una asignación adecuada de coordenadas. (Esri, 2013)

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Polinomio de grado 1 o afín: Utiliza un polinomio de primer grado. Esto permite corregir distorsiones simples en la imagen, es utilizado para, para extender, escalar y girar la imagen. Utiliza tres puntos de control. (Esri, 2013) Polinomio de grado 2: utiliza un polinomio de segundo grado Esto permite corregir distorsiones más complejas en la imagen pero a la vez esto deforma un poco más la imagen georreferenciada. Utiliza 6 puntos de control. (Esri, 2013) Polinomio de grado 3: Utiliza un polinomio de tercer grado. Esto permite corregir distorsiones más complejas en la imagen pero a la vez esto deforma sustancialmente la imagen georeferenciada. (Esri, 2013)

Figura 15. Puntos de control georreferenciación.

Fuente. Ayuda de ArcGIS 10.1 (Esri, 2013)

2.12.2 Error medio cuadrático El error medio cuadrático es la diferencia entre el punto de partida al punto con coordenadas cartográficas reales. El error total se calcula mediante la suma cuadrática media (RMS) de todos los errores residuales de los puntos de control asignados. Además el error medio cuadrático describe la coherencia de la transformación entre los distintos puntos de control, los valores de error medio cuadrático pequeños pueden describir una buena precisión de la georreferenciación aunque se siguen presentando errores. (Esri, 2013)

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2.13 Autopista Elevada Es un elemento longitudinal con una superficie plana que es utilizada como vía de recorrido para el transporte y puede ser construida tanto en un viaducto9 como un terraplén10. Una gran diversidad de estructuras son utilizadas en los viaductos. La elección para el diseño de estos es en función de los requerimientos de tránsito, de las limitaciones de derecho de vía, de las condiciones topográficas, de las características de soporte del suelo para los cimientos, del carácter del desarrollo urbano, de las necesidades de los intercambios, de la disponibilidad de materiales y, desde luego, de consideraciones estrictamente económicas.

9 Viaducto: Es una avenida de altas especificaciones que conecta dos o más zonas o cruza una ciudad. 10 Terraplén: Tierra que sirve de relleno para levantar el nivel del terreno.

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3. DISEÑO METODOLÓGICO La metodología a emplear en la propuesta del diseño geométrico del anillo vial PARA BOGOTÁ EN EL SECTOR 4 (DESDE LA AUTOPISTA SUR HASTA LA CALLE 80), se enmarca dentro de actividades que emplearan variables que estarán soportadas por métodos que comprenden, la recolección, proceso, y análisis de datos tales como; análisis estadísticos, diseño geométrico, presupuestos y cantidades de obra, que permitirán la ejecución del diseño del anillo vial

Cuadro 1. Resumen de metodología desarrollada en el proyecto.

problema subproblema objetivos variables informacion actividades productos

1. analisis del

componente

vehicular

(conteos

vehiculares)

1. Analizar los estudios pertinentes basados

en y documentos sobre tránsito ( estaciones

maestras y movilidad en diferentes etapas y

crecimiento automotor)

volumen

vehicular

conteos en

puntos de la

ciudad

(volumens de

transito)

1. Obtención de la

información de

movilidad (Aforos

viales)

proyeccion

actualy futura

de volumnes

nievles de

servicio HCM

200

2. modelo digital

del sector

(topografia)

2. Generar el modelo digital del terreno para

el occidente de la cuidad comprendido entre

la Autopista Sur, Avenida Américas y Las

Calles 13 y 80.

numero de

planchas

censo de la

cartografia en

el igac

(planchas

cartograficas)

2.Obtención de

cartografía

tipos de

cooordenda

s, escalas

informacion

raster a vector

3.Digitalización de

cartografía

pendientes

terrenocurvas de nivel

4.Generación del

Modelo

Digital del Terreno

numero de

carriles y

velocidad

volumenes de

transito y

velocida de

diseño

5. Análisis

información

obtenida (Softw are

HCM)

radios y

pendientes

del eje vial

diseño

geometrico

6.Diseño

Geométrico

de la

autopista

(Softw are Civil 3d)

cantidades

y costos

voluemenes de

materiales

7. informes de

cubicaciones

estimativo

costo del

proyecto

ciclo del proyecto

DISEÑO

GEOMETRICO

DE UN ANILLO

VIAL PARA

BOGOTÁ EN

EL SECTOR 4

(DESDE LA

AUTOPISTA

SUR HASTA

LA CALLE 80)

3. estudio de

velocidad del

corredor

modelo digital

de la ciudad

diseño

definitivo

planta perfil y

secciones

4. estimacion de

costos

operativos

(cantidades de

obra)

3. realizar estuio de velocidad, con el f in de

determinar la situacion actual de los

corredores cercanos al proyecto.

4.diseñar propuesta a nivel de prefactibilidad

de la implementación de un anillo vial (sector

4) con el f in de generar una alterenativa de

movilidad para bogota.

Fuente: elaboracion propia

.

24

3.1 Obtención de cartografía La obtención de planchas cartográficas a escala 1:2000 del Occidente de la ciudad es suministrada por el IGAC, con proyección plana cartesiana, esta información se encuentra en formatos tipo Raster, con extensión JPG, la cual fue georreferenciada para su posterior digitalización por medio del software especialista en SIG ARCGIS, el cual permitió establecer patrones de calidad en cuanto a georreferenciación y digitalización de cada una de las curvas de nivel.

3.2 Modelo digital de terreno Una vez digitalizadas las curvas de nivel esta son exportadas al software de diseño AutoCAD Civil 3d, en el cual se realizó la triangulación a partir de curvas de nivel obteniendo el Modelo digital de terreno y la topografía del sector, la cual es una de las bases para el diseño geométrico del anillo vial, ya que permite la clasificación del terreno por pendientes y el diseño en planta, perfil, sección transversal y el estimativo de cubicación de tierra y materiales.

3.3 Conteos vehiculares Los conteos vehiculares se realizaron por el método de conteo manual, durante tres día, en días hábiles, cada 12 horas y en cada uno en carriles de entrada y salida de Bogotá, en Soacha y la calle 80, obteniendo el volumen vehicular en cada una de las calzadas de entrada y de salida de la cuidad permitiendo establecer la composición vehicular, volumen horario de máxima demanda y factor de hora pico en cada uno de los sitios de aforo en la figuras 16 y 17 se pueden observar los sitios de conteos escogidos.

Figura 16. Punto de aforo Soacha

Fuente: google earth.

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Figura 17. Punto de aforo calle 80


La toma de información se registró en formatos de campo en intervalos de 15 minutos, registrando y clasificando según tipo de vehículo en las figuras 18 y 19 se puede observar el tipo de formato y la clasificación de los vehículos (camiones).

Figura 18. Formato Volúmenes vehiculares

Fuente: manual de planeación y diseño para la administración del tránsito y el

transporte en Santa fe de Bogota. (Cal y Mayor, 1998)

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Figura 19. Clasificación vehicular camiones.



Autos: corresponden a todos los vehículos livianos (de cuatro ruedas). Buses: incluyen los buses y busetas.

3.4 Pronosticó del volumen de tránsito futuro. A partir del volumen horario de máxima demanda, se toma el mayor valor que se presentó en los conteos en la calle 80 y la autopista sur, y con la obtención de conteos históricos de las estaciones maestras de la secretaria de movilidad, se realiza el cálculo de los volúmenes futuros con el fin de determinar el volumen horario de proyecto, que se utilizara para determinar el número de carriles y nivel de servicio del proyecto.

3.4.1 Estación maestra autopista sur. Los conteos históricos corresponden a los aforos realizados por la secretaria de movilidad en la autopista sur, con carrera 68 en el sector comercial conocido como Venecia, en esta estación se aforaron todos los movimientos permitidos en la intersección, en la figura 20 se puede observar el esquema de localización de la estación maestra y cada uno de los movimientos aforados.

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Figura 20. Localización estación maestra autopista sur.

Fuente: secretaria de movilidad.

3.4.2 Estación maestra calle 80 Los conteos históricos corresponden a los aforos realizados por la secretaria de movilidad en la calle 80 en, con carrera 86 (avenida ciudad de Cali), aforando cada uno de los movimientos permitidos en la intersección, en la figura 21 se puede observar el esquema de localización de la estación maestra.

Figura 21.Localización estación maestra calle 80.

Fuente: secretaria de movilidad.

3.5 Nivel de servicio Con la información obtenida en los conteos vehiculares y pronóstico del volumen futuro se proseguirá a analizar la capacidad y el nivel de servicio mediante el

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análisis de campo y Software HCM 2000 de Tránsito, con el fin de obtener el número de carriles del corredor que tendrá el tramo de la autopista a diseñar.

3.6 Análisis de velocidad El procedimiento para establecer la velocidad actual se realizó mediante el recorrido que se hace en una base fija ver figura 22, con el fin de realizar y conocer el valor de la velocidad actual y que servirá de base para la velocidad de diseño del anillo vial y determinar el nivel de servicio, los puntos de análisis de velocidad corresponden a los de conteo, autopista sur y calle 80p

Figura 22. Análisis de velocidad base fija



Une vez recopilada la informacion ver figura 23, se procede al cálculo y elaboracion de agrupacion de vehiculos determinando la clase, el porcentaje y su representacion en un histograma y poligono de frecuencias de velocidades puntuales y un de diagrama de distribucion acumulada el cual permite obervar los valores de percentilee, uno de estos es el el percentil 85 que indica valores de maxima velocidad.

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Figura 23. Formato análisis de velocidad



3.7 Análisis del radio de curvatura AutoTurn El análisis de giro de curvatura se realiza con el software de simulación Auto Turn, el cual permite determinar la consistencia del diseño para un vehículo determinado que transite por el corredor vial.

Figura 24. Inicio de AutoTURN

Fuente: elaboracion propia. Adaptado del programa AutoTURN.

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Para efectos de simulación se emplea el vehículo articulado, actualmente utilizado en los sistemas de transporte masivo en Colombia.

Figura 25. Configuración para el tipo de vehículo


La velocidad de simulación de recorrido del vehículo es de 70 km/h, velocidad cercana a la del diseño geométrico del anillo vial.

31

Figura 26. Configuración de la simulación.


El análisis se realiza para la curva 1 del eje derecho, con sentido de derecha y una longitud de curvatura de 592.134 m

3.8 Diseño geométrico del anillo vial Las carreteras u autopista son obras de infraestructura lineales que atraviesan diferentes componentes que conforman la topografía de un sector determinado, tales como; ríos, quebradas, sistemas montañosos entre otros, estas infraestructuras además de ser adecuadas dentro de la topografía del sector tienen como finalidad mejorar la comunicación entre dos puntos, brindado comodidad, seguridad y disminución de tiempo en los recorridos, es por tal motivo que se es necesario adecuar esta formas para una circulación más eficiente, el diseño geométrico se compone de un alineamiento horizontal conformado por tramos tangentes, curvas y espirales, de un alineamiento vertical que ayuda al cambio de pendientes por medio de parábolas curvas verticales y por último un componente transversal que define la sección de la autopista o faja de diseño. (Contreras, 2013), es decir que cada uno de estos componentes del diseño geométrico del anillo vial se deberá guiar por la aplicación de normativa nacional e

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internacional la cual define los aspectos del diseño los cuales se resumen a continuación:

3.8.1 Clasificación del terreno A partir del modelo digital del terreno se realiza un plano de pendientes del cual se interpreta en porcentaje cada una de las tendencias del terreno existente, en el área de topografía que abarca el diseño geométrico del anillo vial en el occidente de Bogotá.

3.8.2 Ancho de calzada Los valores de ancho de calzada se establecieron a partir de la velocidad de diseño, del tipo de vía y terreno en la cuadro 2 se puede observar los valores de ancho de calzada establecidos para proyecto de carreteras.

Cuadro 2. Ancho de calzadas para carreteras


3.8.3 Bermas Los valores de ancho de bermas se establecieron a partir de la velocidad de diseño, del tipo de vía y terreno en el cuadro 3 se puede observar los valores de ancho de bermas izquierdas y derechas establecidos para proyecto de carreteras.

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Cuadro 3. Ancho de bermas para carreteras


Una vez organizada y recopilada toda la información de parámetros de diseño del anillo vial se procede a justarlo y graficarlos por medio del software Civil 3d el cual permitirá ejecutar actividades de costos y presupuestos.

3.8.4 Asignación de radios y peraltes Los valores de radios y peraltes se establecen según la Asociación Americana de Autoridades Estatales de Carreteras y Transportes (AASHTO) ya que permite el manejo de peraltes para áreas urbanas, en el cuadro 4 se puede observar valores de velocidad, peraltes y radios de diseño de acuerdo a la velocidad de diseño del proyecto.

Cuadro 4. Valores de radios y peraltes.

Fuente: American Association of State Highway and Transportation Officials

(AASTHO, 2004)

34

3.8.5 Asignación longitud de espirales La asignación de la longitud mínima de la espiral se estableció bajo los siguientes tres criterios según especificación técnica del manual de diseño geométrico de carreteras (Invias, 2008):

Criterio 1: se define como la variación de la aceleración centrifuga (J), este los valores se pueden observar en el cuadro 5.

Cuadro 5. Variación de la aceleración centrifuga (J)


Criterio 2: limitación y transición del peralte, en este criterio se tiene encueta

el máximo valor de inclinación de la curva que se permite (deltas s).

Cuadro 6. Valores máximos y mínimos de rampa de peraltes.


Criterio 3: condición de percepción y estética, utilizada con el fin de mostrar gradualmente el cambio de curvatura.

Valor máximo de la espiral, según el manual de diseño geométrico carreteras (Invias, 2008) el valor máximo de la espiral es igual 1.1 por el radio de la curva.

35

3.8.6 Longitud mínima circular La longitud mínima de la circular será la distancia recorrida en 2 segundos, aunque si se maneja radios mayores a 1000 m esta curva se puede diseñar como una curva circular simple, tal es el caso de radios en pequeña deflexiones en el cuadro 7 se puede observar los valores de deflexión mínimos y los radios asignados para estas.

Cuadro 7. Valores de radios para pequeñas deflexiones


3.8.7 Entre tangencia mínima horizontal

Para curvas de distinto sentido: se tuvo en cuenta el tiempo de recorrido en 5 segundos de acuerdo a la velocidad específica de la curva adyacente de la entre tangencia en estudio.

Para curvas del mismo sentido: esta distancia no debe ser menor a la distancia recorrida en 5 s para espirales que es el caso del diseño de anillo vial.

3.8.8 Entre tangencia máxima horizontal La máxima entre tangencia según de diseño geométrico carreteras (Invias, 2008) esta no podrá exceder la distancia recorrida en 15 segundo según la velocidad especifica.

3.8.9 Longitud de transición La longitud del transición del peralte se desarrolla donde el borde exterior comienza a elevarse, es decir, en el TE-N tal es el caso de las curvas espirales, en la figura 27 se puede observar el diagrama de peraltes donde muestra cada uno de los componentes que conforman el desarrollo del peralte, para cada una de las curvas que conforman el anillo vial se desarrolló el peralte de acuerdo al radio, peralte y longitud de espiral asignada.

36

Figura 27. Diagrama de peraltes curvas espirales.


3.8.10 Sobre ancho Para el valor del sobre ancho se tuvo en cuenta el tipo de vehículo que se estableció para el diseño del anillo vial, ya que una vez definido este concepto se procede a al cálculo del valor de sobre ancho desarrollado para curvas espirales ver figura 28.

Figura 28. Transición del sobre ancho curvas espirales


3.8.11 Longitud mínima y máxima de la tangente vertical Se establecen longitudes mínimas y máximas en el diseño vertical, medidas horizontalmente entre PIV, para la longitud mínima se establece el criterio de no ser menor a la distancia recorrida en 10 segundos ver cuadro 5 , mientras que longitud máxima de la tangente vertical está definida como la distancia en que un vehículo pesado pierde 25 km/h, es decir una relación de peso/potencia, en la figura 29 se puede observar las longitudes críticas en que un vehículo pesado pierde velocidad según la distancia- pendiente.

37

Cuadro 8. Longitud mínima de la vertical


Figura 29. Efecto de pendiente en los vehículos


3.8.12 Asignación de longitud de la vertical Para establecer el diseño de curvas verticales se tuvo en cuenta los criterios establecidos en la manual de diseño geométrico de carreteras.

Criterio de seguridad

Se define la longitud mínima de la vertical para que la distancia de visibilidad sea mayor a la de parada, aunque también se diseñan curvas en donde se satisfaga la distancia de adelantamiento. (Invias, 2008)

Criterio de operación

Se establece la longitud mínima que debe tener en cuenta las curvas verticales para evitar cambios fuertes de pendientes que generen vacíos. (Invias, 2008)

38

Criterio de drenaje Se establece como la longitud máxima que puede tener una curva vertical, para que esta no sea muy plana y dificulte el drenaje de la vía. (Invias, 2008) En el cuadro 9 se pueden observar los valores de K que controlan los criterios de diseño para establecer la longitud mínima de las curvas verticales, partiendo de la longitud de la vertical es igual a K por la diferencia algebraica de pendientes.

Cuadro 9. Valores de K para establecer valores mínimos de longitud de curvas verticales.


3.8.13 Pendiente mínima y máxima longitudinal Se definen las pendientes mínimas y máximas en el diseño del anillo vial con el fin de establecer criterios básicos de drenaje y velocidad, para el caso de pendientes mínimas se tienen valores entre 0.3% y 0.5 % ya que con estas pendientes hidráulicamente no se generan empozamientos de agua, mientras que la pendiente máxima está relacionada directamente con la velocidad y el tipo de vía a diseñar. (Invias, 2008)

3.8.14 Bombeo Para el bombeo se define según el tipo de superficie de rodadura aplicada al proyecto, y que satisfaga el drenaje de la vía, en el cuadro 10 se puede observar los valores de bombeo que se pueden optar para el diseño del anillo vial.

39

Cuadro 10. Valores de bombeo para la calzada


3.8.15 Cantidades de obra Teniendo en cuenta el diseño geométrico vial de la rasante, se procederá a determinar la cantidad de movimiento de tierras y cubicación con el fin de determinar el valor por metro lineal. Al tener la cantidad de obra se determinará el presupuesto destinado para la construcción de la misma (estudio de materiales a partir de un análisis aproximado según las condiciones del suelo en el occidente de Bogotá). En la figura 30 se puede observar los tipos de secciones y sólidos que se generan para el cálculo de cubicaciones, definiendo volúmenes de relleno y corte, tales formas corresponde a piramoide, tronco de pirámide y pirámide.

Figura 30. Tipos de secciones y sólidos cubicación

Fuente: diseño geométrico de carreteras (Cardenas, 2013)

40

3.8.15.1 Analisis Estructura de pavimento La estructura de pavimento con que se efectuaran los cálculos de materiales corresponde a la estructura de uno de los tramos de la avenida longitudinal, ya que el trazado del diseño geométrico de la avenida longitudinal, en lo que corresponde a características del uso suelo, clima son semejantes con las del anillo vial.

41

4. RESULTADOS En este capítulo se presenta el resumen de cada una de los resultados en cada una de las actividades de la “PROPUESTA DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DE UN ANILLO VIAL PARA BOGOTÁ EN EL SECTOR 4 (DESDE LA AUTOPISTA SUR HASTA LA CALLE 80)”.

4.1 Obtención de cartografía Cada una de las cartografías suministradas por el instituto geográfico Agustín Codazzi a escala 1:2000, fueron georreferenciadas con puntos de control contenidos a partir de la información de coordenadas planas cartesianas origen Bogotá, contenidas en la grilla de las planchas cartográficas, permitiendo orientar y escalar cada una de las imágenes en el sistema de proyección con coordenadas reales para su posterior digitalización. En la figura 31 se muestra el resultado al realizar el ajuste, con un error medio cuadrático de 0.186, el cual indica una buena precisión de la georreferenciación, este resultado es similar para cada una de las cartografías que conformaron la topografía del sector. (Ver anexo 1).

Figura 31. Reporte ajuste puntos de control georreferenciación software ArcGIS.

Fuente: elaboración propia.

42

4.2 Modelo digital de terreno La digitalización de cada una de las curvas de nivel permitió desarrollar un modelo digital de terreno, ya que cada una de las curvas nivel tiene valores de coordenada norte, este y elevación, permitiendo la representación de la topografía del corredor del anillo vial, los valores de coordenadas oscilan entre los 100000 y los de elevación alrededor de los 2600 msnm. En la figura 32 se puede observar el modelo digital obtenido de la topografía del sector, en el cual se puede establecer una coincidencia aproximada en el relieve. (Ver anexo 2).

Figura 32. Modelo digital de terreno del sector


4.3 Conteos vehiculares A continuación se presentan los resultados de los conteos vehiculares para cada de los puntos aforados (calle 80 y autopista sur), de donde se obtuvo el valor máximo en la hora de máxima demanda, su factor de hora pico y su composición vehicular. En el anexo 4 se puede observar cada uno de los cálculos realizados para los tres días, en los carriles de entrada y de salida.

43

4.3.1 Resultados volúmenes Soacha A continuación se puede observar los datos registrados, para el sentido donde se presentó el volumen horario máximo en los tres días, correspondiente al 5 de febrero de 2014 con un volumen total de conteo de 15852 vehículos /día mixtos, en el cuadro 11 se resalta la hora en la cual se registró el valor de volumen horario de máxima demanda correspondiente al intervalo de 9:15 am a las 10:15 am.

Identificación hora de máxima demanda

Cuadro 11. Conteo vehicular Soacha

HORA AUTOS BUSETASCAMION DE

2 EJES

CAMIÓN DE

3 Y 4 EJES

CAMIÓN 5

EJES

CAMIÓN 6

EJESTOTALES

7:00 - 7:15 106 15 121 3 1 1 247

7:15 - 7:30 195 29 224 5 1 5 459

7:30 - 7:45 162 28 190 2 1 1 384

7:45 - 8:00 195 30 225 6 3 1 460

8:00 - 8:15 152 16 168 3 0 1 340

8:15 - 8:30 196 17 213 6 0 3 435

8:30 - 8:45 171 16 187 7 1 3 385

8:45 - 9:00 171 17 188 11 0 5 392

9:00 - 9:15 199 16 215 3 6 5 444

9:15 - 9:30 208 11 219 6 3 3 450

9:30 - 9:45 244 24 268 8 2 2 548

9:45 - 10:00 241 24 265 2 3 2 537

10:00 - 10:15 230 12 242 3 2 2 491

10:15 - 10:30 186 10 196 7 2 6 407

10:30 - 10:45 207 10 217 13 5 13 465

10:45 - 11:00 155 11 166 12 5 12 361

11:00 - 11:15 224 13 237 12 2 10 498

11:15 - 11:30 224 11 235 13 8 12 503

11:30 - 11:45 239 11 250 12 5 11 528

11:45 - 12:00 177 7 184 8 5 17 398

12:00 - 12:15 193 12 205 7 0 15 432

12:15 - 12:30 218 11 229 12 9 13 492

12:30 - 12:45 201 14 251 13 8 15 502

12:45 - 13:00 222 15 254 14 3 13 521

13:00 - 13:15 85 44 53 9 2 6 199

13:15 - 13:30 79 53 43 11 0 3 189

13:30 - 13:45 102 58 47 6 4 7 224

13:45 - 14:00 95 49 35 4 2 7 192

14:00 - 14:15 109 68 30 10 5 9 231

14:15 - 14:30 115 61 49 5 5 12 247

14:30 - 14:45 121 75 49 8 2 10 265

14:45 - 15:00 94 50 34 7 3 9 197

15:00 - 15:15 98 57 10 8 0 15 188

15:15 - 15:30 81 49 31 9 6 7 183

15:30 - 15:45 113 62 49 8 2 12 246

15:45 - 16:00 107 45 37 5 2 12 208

16:00 - 16:15 134 70 54 9 7 18 292

16:15 - 16:30 94 65 63 8 13 19 262

16:30 - 16:45 86 43 47 16 7 19 218

16:45 - 17:00 91 53 58 10 4 17 233

17:00 - 17:15 98 39 51 12 1 7 208

17:15 - 17:30 79 50 40 5 0 7 181

17:30 - 17:45 81 63 38 7 4 12 205

17:45 - 18:00 91 55 44 4 2 8 204

18:00 - 18:15 88 48 35 3 5 7 186

18:15 - 18:30 105 57 33 7 3 9 214

18:30 - 18:45 100 63 40 4 3 6 216

18:45 - 19:00 81 55 31 6 5 7 185

TOTAL 7043 1712 6150 369 162 416 15852

miercoles 5


44

Cálculo volumen horario de máxima demanda.

En el cuadro 12 se observa el resultado del volumen horario de maxima demanda correspondiente a 2026 vehiculos / hora, el cual sera el volumen que se utlizara para los cálculos de volumen futuro en el punto de aforo de soacha.

Cuadro 12. Volumen horario de máxima demanda Soacha

VOLUMEN

(mixtos)

07:00:00 a.m. 08:00:00 a.m. 1550

07:15:00 a.m. 08:15:00 a.m. 1643

07:30:00 a.m. 08:30:00 a.m. 1619

07:45:00 a.m. 08:45:00 a.m. 1620

08:00:00 a.m. 09:00:00 a.m. 1552

08:15:00 a.m. 09:15:00 a.m. 1656

08:30:00 a.m. 09:30:00 a.m. 1671

08:45:00 a.m. 09:45:00 a.m. 1834

09:00:00 a.m. 10:00:00 a.m. 1979

09:15:00 a.m. 10:15:00 a.m. 2026

09:30:00 a.m. 10:30:00 a.m. 1983

09:45:00 a.m. 10:45:00 a.m. 1900

10:00:00 a.m. 11:00:00 a.m. 1724

10:15:00 a.m. 11:15:00 a.m. 1731

10:30:00 a.m. 11:30:00 a.m. 1827

10:45:00 a.m. 11:45:00 a.m. 1890

11:00:00 a.m. 12:00:00 p.m. 1927

11:15:00 a.m. 12:15:00 p.m. 1861

11:30:00 a.m. 12:30:00 p.m. 1850

11:45:00 a.m. 12:45:00 p.m. 1824

12:00:00 p.m. 01:00:00 p.m. 1947

12:15:00 p.m. 01:15:00 p.m. 1714

12:30:00 p.m. 01:30:00 p.m. 1411

12:45:00 p.m. 01:45:00 p.m. 1133

01:00:00 p.m. 02:00:00 p.m. 804

01:15:00 p.m. 02:15:00 p.m. 836

01:30:00 p.m. 02:30:00 p.m. 894

01:45:00 p.m. 02:45:00 p.m. 935

02:00:00 p.m. 03:00:00 p.m. 940

02:15:00 p.m. 03:15:00 p.m. 897

02:30:00 p.m. 03:30:00 p.m. 833

02:45:00 p.m. 03:45:00 p.m. 814

03:00:00 p.m. 04:00:00 p.m. 825

03:15:00 p.m. 04:15:00 p.m. 929

03:30:00 p.m. 04:30:00 p.m. 1008

03:45:00 p.m. 04:45:00 p.m. 980

04:00:00 p.m. 05:00:00 p.m. 1005

04:15:00 p.m. 05:15:00 p.m. 921

04:30:00 p.m. 05:30:00 p.m. 840

04:45:00 p.m. 05:45:00 p.m. 827

05:00:00 p.m. 06:00:00 p.m. 798

05:15:00 p.m. 06:15:00 p.m. 776

05:30:00 p.m. 06:30:00 p.m. 809

05:45:00 p.m. 06:45:00 p.m. 820

06:00:00 p.m. 07:00:00 p.m. 801

PERIODO

(horas-minutos)

PERIODOS 15 MIN


45

Factor de hora pico

El factor de hora para la hora de máxima demanda corresponde a 0.924, el cual nos indica un comportamiento continuo y de valores de volúmenes similares en toda la hora de máxima demanda, en el cuadro 13 se pueden observar los valores del volumen más alto dentro de la hora de máxima demanda correspondiente a 548 vehículos/15 minutos y el volumen de máxima demanda si este fuera constante correspondiente a 506.5 vehículos/ 15minutos.

Cuadro 13. Factor de hora pico.

VOLUMEN HORARIO

MAXIMO

2026 09:15:00 a.m. 10:15:00 a.m. 0.924 548 4 506.500

N (número de

periodos

durante HMD)

VHMD (como un

Q15) en menor

a hora

HORA DE MÁXIMA DEMANDAFACTOR DE

HORA PICOQmax


En la figura 33 se puede observar la variación de la hora de máxima demanda en el transcurso de tiempos aforados, también se pude concluir máximos valores de volúmenes vehiculares en horas de la mañana, la línea roja nos indica el compartimiento del factor de hora máxima demanda correspondiente a 506.5 vehículos/ 15 minutos. Figura 33. Variación del tránsito dentro de la hora de máxima demanda aforo

Soacha.


46

En la figura 34 se puede observar el porcentaje de composición vehicular ABC, el cual nos indica un porcentaje elevado de camiones, es decir que este tipo de vehículos será uno de los componentes del diseño geométrico.

Figura 34. Composición vehicular ABC aforo Soacha.


Lo calculado anteriormente se realizó para cada uno de los días de conteo

tanto de la autopista sur como en la calle 80 ver anexo 4. en los cuadros 14 y 15 se resumen los resultados de cada uno de los aforos realizados, resaltando las horas de máxima demanda, los factores de horas pico, de la cuales se puede establecer horas de máxima demanda distintas, factores de horas pico cercanos a uno, lo que hace que el diseño geométrico del anillo vial sea necesario ya que, tanto el análisis propuesto matemáticamente y de observación de los sectores presentan un elevado volumen vehicular, lo que hace que la movilidad sea caótica .

Cuadro 14. Resumen cálculos conteos vehiculares Soacha

VOLUMEN HORARIO

MAXIMO

04/02/2014 1218 12:00:00 p.m. 01:00:00 p.m. 0.8626 353 4 304.500

04/02/2014 1212 11:30:00 a.m. 12:30:00 p.m. 0.9182 330 4 303

05/02/2014 1291 12:00:00 p.m. 01:00:00 p.m. 0.8516 379 4 322.75

05/02/2014 2026 09:15:00 a.m. 10:15:00 a.m. 0.9243 548 4 506.5

06/02/2014 898 07:00:00 a.m. 08:00:00 a.m. 0.8839 254 4 224.5

06/02/2014 1157 11:15:00 a.m. 12:15:00 p.m. 0.9331 310 4 289.25

fecha aforo HORA DE MÁXIMA DEMANDAFACTOR DE

HORA PICOQmax

N (número de

periodos durante

HMD)

VHMD (como

un Q15) en

menor a hora


47

Cuadro 15. Resumen cálculo conteos vehiculares calle 80

VOLUMEN HORARIO

MAXIMO

04/02/2014 1695 05:45:00 p.m. 06:45:00 p.m. 0.865 490 4 423.750

04/02/2014 2497 07:15:00 a.m. 08:15:00 a.m. 0.850 734 4 624.250

05/02/2015 1878 02:30:00 p.m. 03:30:00 p.m. 0.822 571 4 469.500

05/02/2014 2474 08:00:00 a.m. 09:00:00 a.m. 0.956 647 4 618.500

13/02/2014 1766 04:00:00 p.m. 05:00:00 p.m. 0.908 486 4 441.500

13/02/2014 2546 08:00:00 a.m. 09:00:00 a.m. 0.861 739 4 636.500

fecha aforo HORA DE MÁXIMA DEMANDAFACTOR DE

HORA PICOQmax

N (número de

periodos

durante HMD)

VHMD (como

un Q15) en

menor a hora


4.4 Pronóstico del volumen de tránsito futuro. Para el pronóstico del volumen de tránsito futuro se utilizan los datos correspondientes al de la calle 80 del día 04/02/2014 y Soacha del día 05/02/2014 donde se presentaron los volúmenes máximos de la hora de máxima demanda y los datos de volúmenes de series históricas correspondientes de estaciones maestras proporcionados por la secretaria de movilidad para los años 2011, 2012, 2013 y 2014. (Ver anexo 5).

4.4.1 Conteos históricos estación maestra autopista sur Los datos históricos correspondientes para la autopista se pueden observar en el cuadro 16, de los cuales se tuvo en cuenta todo tipo de vehículo.

Cuadro 16. Serie Conteos históricos autopista sur.

AÑOTRÁNSITO

TOTAL

2011 162650

2012 164262

2013 181021

2014 177198 Fuente: secretaria de movilidad.

De los anteriores datos se obtiene la siguiente ecuación lineal, de los cuales se puede evaluar un error medio cuadrático permitido, siendo este de 0.71 es decir que estos datos son confiables para realizar el cálculo de tránsito futuro. En la

48

figura 35 se puede observar la regresión lineal y su correspondiente valor de error medio cuadrático.

Figura 35. Regresión lineal datos históricos autopista sur


4.4.2 Conteos históricos estación maestra calle 80 Los datos históricos correspondientes para la calle 80 se pueden observar en el cuadro 17, de los cuales se tuvo en cuenta todo tipo de vehículo.

Cuadro 17. Serie de conteos histórica calle 80

AÑOTRÁNSITO

TOTAL

2011 145114

2012 157503

2013 181877

2014 183454 Fuente: secretaria de movilidad.

De los anteriores datos se obtiene la siguiente ecuación lineal, de los cuales se puede evaluar un error medio cuadrático permitido, siendo este de 0.9155 es decir que estos datos confiables para realizar el cálculo de tránsito futuro. En la figura 36 se puede observar la regresión lineal y su correspondiente valor de error medio cuadrático.

49

Figura 36. Regresión lineal datos históricos calle 80


4.4.3 Tránsito futuro autopista sur- Soacha En el cuadro 18 se pueden observar los valores de tránsito futuros de la autopista sur, resaltando en amarillo el volumen horario de proyecto, con 2289 vehículos/ hora, los valores establecidos de tránsito futuro y tasa de porcentaje de crecimiento en el año. También se realiza la estimación de valores de tránsito atraído 20%, generado 5% y desarrollado 15 %, para los primeros 20 años contados a partir de la puesta en funcionamiento del proyecto. (Ver anexo 7).

Cuadro 18. Tránsito futuro autopista sur Soacha.

AÑOTRÁNSITO

TOTAL

TRÁNSITO

FUTURO

PORCENTAJE DE

CRECIMIENTO

VOLUMEN HORARIO DE

DISEÑO

TRÁNSITO

ATRAIDO

TRÁNSITO

GENERADO

TRÁNSITO

DESARROLLADO

2011 162650 162222

2012 164262 168263 3.590%

2013 181021 174303 3.465%

2014 177198 180343 3.349% 2026 405 425 486

2015 186384 3.241% 2092 418 439 502

2016 192424 3.139% 2157 431 453 518

2017 198464 3.044% 2223 445 467 534

2018 204504 2.954% 2289 458 481 549

2019 210545 2.869% 2354 471 494 565

2020 216585 2.789% 2420 484 508 581

2021 222625 2.713% 2486 497 522 597

2022 228666 2.642% 2551 510 536 612

2023 234706 2.574% 2617 523 550 628

2024 240746 2.509% 2683 537 563 644

2025 246787 2.448% 2748 550 577 660

2026 252827 2.389% 2814 563 591 675

2027 258867 2.333% 2880 576 605 691

2028 264907 2.280% 2945 589 618 707

2029 270948 2.229% 3011 602 632 723

2030 276988 2.181% 3077 615 646 738

2031 283028 2.134% 3142 628 660 754

2032 289069 2.090% 3208 642 674 770

2033 295109 2.047% 3274 655 687 786

2034 301149 2.006% 3339 668 701 801

2035 307190 1.966% 3405 681 715 817

2036 313230 1.928% 3470 694 729 833

2037 319270 1.892% 3536 707 743 849 Fuente: elaboración propia.

50

4.4.4 Tránsito futuro calle 80 Al igual que la autopista sur, en la calle 80 se realiza el cálculo del tránsito futuro, en el cuadro 19 se pueden observar los valores de tránsito futuros de la calle 80, resaltando en amarillo el volumen horario de proyecto, con 3187 vehículos/hora, los valores establecidos de tránsito futuro y tasa de crecimiento en el año. También se realiza la estimación de valores de tránsito atraído, generado y desarrollado para los primeros 20 años contados a partir de la puesta en funcionamiento del proyecto. (Ver anexo 7).

Cuadro 19. Tránsito futuro calle 80.

AÑOTRÁNSITO

TOTALTRÁNSITO FUTURO PORCENTAJE DE CRECIMIENTO VOLUMEN HORARIO DE DISEÑO TRÁNSITO ATRAIDO

TRÁNSITO

GENERADO

TRÁNSITO

DESARROLLAD

O2011 145114 146078

2012 157503 160017 8.711%

2013 181877 173956 8.013%

2014 183454 187895 7.419% 2497 499 524 599

2015 201834 6.906% 2669 534 561 641

2016 215773 6.460% 2842 568 597 682

2017 229712 6.068% 3014 603 633 723

2018 243651 5.721% 3187 637 669 765

2019 257590 5.411% 3359 672 705 806

2020 271529 5.134% 3532 706 742 848

2021 285468 4.883% 3704 741 778 889

2022 299407 4.656% 3877 775 814 930

2023 313346 4.448% 4049 810 850 972

2024 327285 4.259% 4221 844 887 1013

2025 341224 4.085% 4394 879 923 1055

2026 355163 3.925% 4566 913 959 1096

2027 369102 3.776% 4739 948 995 1137

2028 383041 3.639% 4911 982 1031 1179

2029 396980 3.511% 5084 1017 1068 1220

2030 410919 3.392% 5256 1051 1104 1261

2031 424858 3.281% 5429 1086 1140 1303

2032 438797 3.177% 5601 1120 1176 1344

2033 452736 3.079% 5773 1155 1212 1386

2034 466675 2.987% 5946 1189 1249 1427

2035 480614 2.900% 6118 1224 1285 1468

2036 494553 2.819% 6291 1258 1321 1510

2037 508492 2.741% 6463 1293 1357 1551 Fuente: elaboración propia.

4.5 Análisis de velocidad Se realizaron análisis de velocidad para los mismos puntos donde se realizaron los conteos de volumen vehiculares autopista sur y calle 80. (Ver anexo 6). A continuación se presenta el análisis de velocidad realizado en la autopista sur. Para el análisis de velocidad se registraron los valores de 200 datos, de los cuales se presentaron velocidades máximas y mínimas de 81.1 km/h y 28.8 km/h respectivamente. En el cuadro 20 se pueden observar la cantidad de intervalos, el ancho de intervalos para realizar la tabla de frecuencias.

51

Cuadro 20. Valores establecidos para la distribución de frecuencias

Vel Max 81.1

Vel Min 28.8

n 200

N 10

Ancho Intervalo

de Clase

Ancho Intervalo

de Clase

Ancho Intervalo de Clase

5.2

6.0


En el cuadro 21 se puede observar la tabla de distribución de frecuencias de velocidad, de la cual se puede interpretar un número mayor de vehículos con velocidades promedio de 46.8 km/hora, de esta tabla también se permite realizar un análisis grafico de los datos y el cálculo de valores representativos de los datos procesados.

Cuadro 21. Distribución de frecuencias de velocidad de punto

Absoluta "fi" Relativa % Absoluta "fia" Relativa

28.8 2 1.0 2 1 830.8 57.6 1661.5

34.8 13 6.5 15 7.5 1212.6 452.7 15764.4

40.8 51 25.5 66 33 1666.5 2082.0 84992.6

46.8 54 27.0 120 60 2192.4 2528.4 118389.5

52.8 40 20.0 160 80 2790.3 2112.9 111611.0

58.8 23 11.5 183 91.5 3460.2 1352.9 79583.5

64.8 13 6.5 196 98 4202.0 842.7 54626.4

70.8 3 1.5 199 99.5 5015.9 212.5 15047.7

76.8 0 0.0 199 99.5 5901.8 0.0 0.0

82.8 1 0.5 200 100 6859.7 82.8 6859.7

Pto Medio

"Vi" (km/h)

Frecuencia AcumuladaVi² fi * Vi fi * Vi²

Frecuencia Observada


En la figura 37 se puede observar el grafico de frecuencias en el cual se resalta el mayor número de vehículos con velocidades promedio de 46.8 km/hora. Así mismo se puede interpretar valores de velocidad máximas y mínimas con un número de vehículos mínimos.

52

Figura 37. Histograma y polígono de frecuencias de velocidades de punto


En la figura 38 se puede observar la curva de distribución de frecuencias donde se puede interpretar la acumulación de mayor número de vehículos que oscilan en intervalos de 36km/h y los 65 km/hora, también se puede determinar y estimar que la velocidad de operación para este tramo de la autopista sur corresponde aproximadamente a unos 50 km/h.

Figura 38. Curva de Distribución de frecuencias


En la figura 39 se puede observar la curva de frecuencias acumulada de la cual se puede determinar y representar los valores representativos de ubicación del análisis como los son percentiles y la mediana.

53

Figura 39. Curva de frecuencias observada y acumulada de velocidades de punto


4.5.1 Valores representativos Los valores representativos del análisis de velocidad se pueden observar en el cuadro 22, lo cual indica la velocidad media y establece que el 50% de los vehículos circulan con velocidad menor a 48.62 km/h, para el caso del percentil 15 este nos indica que el 15% de los vehículos circulan a 39.4 km/h, así mismos se realiza el análisis para los demás percentiles 50, 85 y 98.

Cuadro 22. Valores representativos análisis de velocidad

Vel Media (km/h) 48.62

15 39.4

50 48.2

85 58.4

98 66.3

Percentiles

Fuente: elaboración propia

4.6 Análisis nivel de servicio HCM 2000 y visita de campo Una vez definido los valores del volumen horario de proyecto, se realiza el análisis de nivel de servicio de cada uno de los puntos conteos.

54

4.6.1 Análisis datos Soacha Los resultados de conteos de Soacha, con los valores de volumen horario de máxima demanda actual y de diseño corresponden a un nivel de servicio C, lo cual indica que se realizaran 2 carriles en cada sentido (Ver anexo 7) , los cuales se ajustaran a los anchos y características de la sección típica del diseño geométrico del anillo vial correspondiente a la normativa del manual de diseño geométrico de carreteras (INVIAS 2008) y American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), en la figura 40 se puede observar el reporte del generado en el software HCM 2000.

Figura 40. Reporte HCM 2000 Soacha.


55

4.6.2 Análisis calle 80 Al igual que Los resultados de conteos de Soacha en la calle 80 , con los valores de volumen horario de máxima demanda actual y de diseño corresponden a un nivel de servicio C, lo cual indica que se realizaran 2 carriles en cada sentido (Ver anexo 7), los cuales se ajustaran a los anchos y características de la sección típica del diseño geométrico del anillo vial correspondiente a la normativa del manual de diseño geométrico de carreteras (INVIAS 2008) y American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), en la figura 41 se puede observar el reporte del generado en el software HCM 2000.

Figura 41. Reporte HCM 2000 Calle 80.


56

4.6.3 Análisis nivel de servicio mediante visita de campo Mediante investigación de campo, se pudo establecer un nivel de servicio E, en el sector comprendido entre el barrio Venecia y el limite Soacha – Bogotá. En la figura 42, se puede observar el nivel de servicio para este sector.

Figura 42. Nivel de servicio actual autopista sur

Fuente: elaboración propia

Según la investigación de campo, la movilidad en días festivos y en operaciones retorno es crítica, ya que a pesar de que se habiliten los carriles del sistema Transmilenio, el volumen de vehículos sobre pasa la capacidad de la autopista sur, presentándose en esta situación un nivel de servicio entre D o E. En la figura 43 se puede observar la situación actual de nivel de servicio en operaciones retorno.

Figura 43. Nivel de servicio actual en operaciones retorno


57

4.7 Análisis de radio de curvatura - AutoTURN En la figura 44 se pueden visualizar las líneas de recorrido de las llantas, las cuales corresponden al color verde. Aquí se puede determinar un excelente diseño para este tipo de vehículos, ya que en ningún momento existe invasión del otro carril en todo recorrido, en las figuras 44,45 y 46 se puede observar la toma de líneas de recorrido en diferentes puntos de curvatura.

Figura 44. Líneas de recorrido para el vehículo de diseño (vehículo articulado), en el inicio de la curva 1 del eje derecho.

Fuente: Elaboración propia

58

Figura 45. Líneas de recorrido para el vehículo de diseño (vehículo articulado), en el K0+200 del eje derecho.


Figura 46. Líneas de recorrido para el vehículo de diseño (vehículo articulado), durante toda la curva 1 del eje derecho.


59

4.8 Diseño geométrico del anillo vial Las especificaciones generales con las que contará la vía son:

- Tipo de carretera: Urbana doble calzada

- Velocidad de diseño: 100 km/h

- Radio mínimo: 492 m

- Peralte máximo (e máx.): 4 %

- Pendiente máxima longitudinal: 5 %

- Pendiente mínima: 0.3 %

- Número de carriles: 2

- Ancho de calzada: 7.2 m

- Ancho de berma: Derecha 2.5m – Izquierdo 1m

- Bombeo de la calzada: 2 %

- Talud de corte: 1:1

- Talud de relleno: 1:1

4.8.1 Tipo de terreno Gracias a la generación del modelo digital de terreno y la generación visual de pendientes en el mismo, se observa en el cuadro 23 que el valor máximo del área pertenece al nivel número 1, el cual establece el porcentaje de pendiente más bajo. Por ende, se define como tipo de terreno plano.

Cuadro 23. Definición del tipo de terreno.


60

4.8.2 Diseño Horizontal Debido a las características del terreno y a las condiciones de tránsito, se definieron 2 alineamientos; uno en cada sentido (derecha e izquierda). Cada alineamiento consta de 2 carriles (ida y vuelta). Las coordenadas de inicio y fin de cada alineamiento empalman con los sectores 3 y 5 de todo el anillo vial. El diseño de los alineamientos es simétrico en forma, ya que la distancia inicial entre los alineamientos se mantiene de 40 m entre el BOP y el PI 13, de allí en adelante es de 20 m con el fin de garantizar el adecuado empalme con el sector 5. Los valores de los radios de curvatura de los 2 alineamientos oscilan entre 500 m y 1300 m, y los valores de Le se encuentran entre 65 m y 800 m.

4.8.2.1 Coordenadas del inicio (BOP) y fin (EOP) de cada alineamiento.

Cuadro 24. Coordenadas del BOP y EOP

NORTE ESTE

DER BOP 96136.300 83025.702 K0+000.000

DER EOP 116236.242 93546.414 K26+999.084

IZQ BOP 96096.308 83026.509 K0+000.000

IZQ EOP 116242.591 93527.448 K27+092.230

EJE PICOORDENADAS

ABSCISA


4.8.2.2 Especificaciones generales

- Longitud mínima de entre tangencia horizontal: 138.889 m/s

- Longitud máxima de entre tangencia horizontal: 1500 m/s

4.8.2.3 Parámetros de diseño para las curvas horizontales El diseño de cada alineamiento (derecho e izquierdo) consta de 13 curvas horizontales de tipo ECE. En el cuadro 25 se muestra los parámetros generales para el diseño de la curva n° 1 del alineamiento horizontal derecho

61

Cuadro 25. Parámetros de la curva 1 – Alineamiento horizontal derecho

Radio (m) 500

Delta (grados) 47° 51' 44''

Peralte (%) 3.99

∆s (%) 0.44

J(m/s3) 0.50

Ancho de carril (m) 3.60

Sentido Derecha

CURVA 1


Cada curva horizontal tiene sus parámetros de diseño óptimos, cada uno de estos se encuentran en medio digital, en los Anexos 8.1 y 8.2 (Eje derecho y eje izquierdo respectivamente). (Ver tabla Anexos)

4.8.2.4 Criterios para el cálculo de la curva espiral Para la definición del tipo de curva horizontal se tuvieron en cuenta los diferentes criterios para determinar la longitud de espiral. La primera curva es de tipo Espiral – Circulo – Espiral y tiene como criterio mínimo de Le el valor de 64.012 m, como valor máximo tiene el valor de 605.000 m, la longitud de espiral asumida es de 65m .

Cuadro 26. Criterios de diseño para la curva 1 – Alineamiento horizontal derecho

1 64.012

2 32.645

3.1 54.772

3.2 52.360

605.000

7° 26' 54''

55.556

65

ECETipo de curva

Valor

mínimo de

Le

Valor máximo de Le

CURVA 1

Lc mínimo (m)

Le asumida(m)

2 θe


62

Cada curva ECE tiene sus valores máximos y mininos para un criterio adecuado de diseño, los cuales se muestran en medio digital, en los Anexos 8.1 y 8.2 (Eje derecho y eje izquierdo respectivamente). (Ver tabla Anexos)

4.8.2.5 Elementos de la curva espiral A continuación se presentan las características de la curva 1 del alineamiento derecho. Estas características son las coordenadas, las abscisas y los elementos.

Cuadro 27. Elementos de la curva ECE 1 – Alineamiento horizontal derecho

Norte PI 96130.454

Este PI 82735.981

TE K0+035.234

EC K0+100.234

CE K0+452.911

ET K0+517.911

180.278

3° 43' 27''

64.973

1.408

0.352

32.495

43.343

21.675

254.546

47.411

64.988

1° 14' 29''

40° 24' 50''

352.677

1° 08' 46''

Parámetro - A

Ecuación Parámetrica - Y

Ecuación Parámetrica - X

Ángulo de giro - θe

Tangente corta - Tc

Tangente larga - Tl

Ángulo central de la curva circular - ∆c

Deflexion de la espiral - øe

Cuerda larga de la espiral - CLe

Externa de la espiral - Ee

Tangente de la espiral - Te

Grado de curvatura

Longitud del círculo - Lc

CURVA N°1

Coordenadas

Abscisas

Longitud de la abscisa media - XM

Disloque - ΔR


63

Figura 47. Curva ECE 1 – Eje derecho

Fuente: Elaboración propia. Adaptado de Auto CAD Civil.

Cada curva ECE tiene sus valores propios de elementos, cada uno de estos se muestra consignado en medio digital, en los Anexos 8.1 y 8.2 (Eje derecho y eje izquierdo respectivamente). (Ver tabla Anexos)

64

Cuadro 28. Radios y longitudes de espiral de las curvas horizontales.

Curva ElementoAlineamiento -

Eje derecho

Alineamiento -

Eje izquierdo

R (m) 500 500

Le (m) 65 65

R (m) 500 500

Le (m) 65 65

R (m) 900 900

Le (m) 300 300

R (m) 900 900

Le (m) 400 400

R (m) 900 900

Le (m) 350 350

R (m) 1300 1300

Le (m) 800 800

R (m) 1300 1300

Le (m) 400 400

R (m) 1300 1300

Le (m) 650 650

R (m) 900 900

Le (m) 500 500

R (m) 900 900

Le (m) 250 250

R (m) 900 900

Le (m) 250 250

R (m) 1300 1300

Le (m) 800 800

R (m) 900 900

Le (m) 500 500

1

2

3

4

5

6

13

7

8

9

10

11

12


65

4.8.3 Sobreancho El valor general del sobreancho es mínimo debido a que los valores de los radios de curvatura son grandes. Sin embargo, estos valores mínimos se tuvieron en cuenta para el diseño.

Cuadro 29. Sobreancho de la curva 1 – Alineamiento horizontal derecho

n 2

A (m) 1.22

L1 (m) 5.95

L2 (m) 0

L3 (m) 12.97

µ (m) 2.59

At (m) 7.20

C (m) 0.90

U (m) 2.95

FA (m) 0.02

Z (m) 0.04

Ac (m) 7.76

Sobreancho (m) 0.56

Long. de transicion 65

Ancho de berma 2.50

SOBREANCHO FINAL 6.66

CURVA 1


De la misma manera se hizo con todas las 13 curvas de cada eje. Estos valores de sobreancho se encuentran consignados en medio digital, en los Anexos 8.1 y 8.2 (Eje derecho y eje izquierdo respectivamente). (Ver tabla Anexos)

66

Cuadro 30. Sobreancho de las curvas horizontales.

CurvaAlineamiento -

Eje derecho

Alineamiento -

Eje izquierdo

1 0.56 0.56

2 0.56 0.56

3 0.22 0.22

4 0.22 0.22

5 0.22 0.22

6 0.09 0.09

7 0.09 0.09

8 0.09 0.09

9 0.22 0.22

10 0.22 0.22

11 0.22 0.22

12 0.09 0.09

13 0.22 0.22 Fuente: Elaboración propia

4.8.4 Peralte Todas las curvas tienen valor de peralte, el cual afecta el eje interno de cada una de estas. Su cálculo se realizó mediante interpolaciones en Excel.

Cuadro 31. Parámetros para el cálculo del peralte de la curva 1 – Alineamiento horizontal derecho

Sentido Derecha

Peralte (%) 3.99

Δs recalculado (%) 0.22

BN (%) 2

L (m) 65

N (m) 32.581

Lt (m) 97.581

CURVA 1

Fuente: Elaboración propia.

67

Las carteras correspondientes a los parámetros para el cálculo del peralte de cada curva se encuentran en medio digital, en los Anexos 8.1 y 8.2 (Eje derecho y eje izquierdo respectivamente). (Ver tabla Anexos)

Cuadro 32. Peralte máximo de las curvas horizontales.

CurvaAlineamiento -

Eje derecho

Alineamiento -

Eje izquierdo

1 3.99 3.99

2 3.99 3.99

3 3.37 3.37

4 3.37 3.37

5 3.37 3.37

6 2.82 2.82

7 2.82 2.82

8 2.82 2.82

9 3.37 3.37

10 3.37 3.37

11 3.37 3.37

12 2.82 2.82

13 3.37 3.37 Fuente: Elaboración propia

De esta manera, teniendo los valores máximos del peralte para cada curva, se calcula su transición desde el punto inicial hasta el punto final (TE y ET respectivamente), incluyendo la longitud de aplanamiento de cada curva (N).

68

4.8.5 Diseño Vertical Se realizó el diseño de la rasante para cada alineamiento horizontal (derecho e izquierdo), teniendo en cuenta las cotas de empalme con los sectores 3 y 5. Cada alineamiento vertical consta de 21 curvas verticales simétricas (10 convexas y 11 cóncavas). El diseño de la rasante de los 2 alineamientos es similar debido a que no presentan cambios bruscos en la topografía. Las carteras con los cálculos de los parámetros de diseño se encuentran en los Anexos 8.3 y 8.4. (Eje derecho y eje izquierdo respectivamente). (Ver tabla Anexos)

Cuadro 33. Lv y K de las curvas verticales.

Curva ElementoRasante - Eje

derecho

Rasante - Eje

izquierdo

Tipo de

curva

Lv (m) 220.00 220.00 Cóncava

K 49.32 48.32

Lv (m) 200.00 200.00 Convexa

K 232.80 191.68

Lv (m) 200.00 200.00 Convexa

K 1537.70 5270.59

Lv (m) 200.00 200.00 Cóncava

K 269.88 269.88

Lv (m) 200.00 200.00 Convexa

K 320.00 320.00

Lv (m) 200.00 200.00 Cóncava

K 264.71 260.84

Lv (m) 200.00 200.00 Convexa

K 264.71 251.62

Lv (m) 200.00 200.00 Cóncava

K 320.00 299.19

Lv (m) 200.00 200.00 Convexa

K 324.92 317.01

Lv (m) 200.00 200.00 Cóncava

K 327.48 327.48

Lv (m) 200.00 200.00 Convexa

K 322.48 322.48

7

8

9

10

11

1

2

3

4

5

6

69

Curva ElementoRasante - Eje

derecho

Rasante - Eje

izquierdo

Tipo de

curva

Lv (m) 200.00 200.00 Cóncava

K 326.48 326.53

Lv (m) 200.00 200.00 Convexa

K 329.02 329.11

Lv (m) 200.00 200.00 Cóncava

K 329.07 325.00

Lv (m) 200.00 200.00 Cóncava

K 279.82 311.09

Lv (m) 200.00 200.00 Convexa

K 115.11 112.95

Lv (m) 200.00 200.00 Cóncava

K 187.86 167.17

Lv (m) 200.00 200.00 Convexa

K 292.25 287.03

Lv (m) 200.00 200.00 Cóncava

K 261.44 317.89

Lv (m) 200.00 200.00 Convexa

K 270.88 321.99

Lv (m) 200.00 200.00 Cóncava

K 324.04 327.99

19

20

21

13

14

15

16

17

18

12


4.8.6 Estructura de pavimento La estructura de pavimento desarrollada por el contrato de consultoría a precio global fijo sin reajuste para la actualización, adecuación, verificación, revisión, ajustes y complementación de los estudios y diseños de la avenida longitudinal de occidente entre el rio Bogotá y la calle 13, incluyendo la integración del corredor a nivel en fase i, mediante una intersección en la calle 13 en Bogotá. (COMPAÑÍA DE ESTUDIOS E INTERVENTORÍAS S.A., 2007) se determinaron dos alternativas de estructuras una para 20 años y otra para 10 años, para el anillo vial se contempló la alternativa 1 respectivamente. En la figura 52 se puede observar la localización del corredor de la avenida longitudinal.

70

Figura 48. Localización Avenida longitudinal consultoría CEV

Fuente: (compañía de estudios e interventorías s.a., 2007)

Alternativa 1 20 años: En Materiales Granulares – Constituida por Subbase Granular, base Granular y Mezcla Asfáltica, en el cuadro 34 se puede observar los espesores de la capa de pavimento asumida para el anillo vial.

Cuadro 34. Estructura de pavimento anillo vial.

Fuente: (compañía de estudios e interventorías s.a., 2007)

4.8.7 Sección Transversal Las secciones transversales se generaron cada 50 metros debido a la magnitud de proyecto. En cada eje se diseñaron 2 tramos con ensamblaje de viaducto y el resto del trazado tiene ensamblaje de corte y terraplén. Esto con el fin de generar el reporte de volumen. Estos reportes de volúmenes de corte, relleno y acumulados se encuentran en medio digital en los anexos 8.4 y 8.5 (ver tabla Anexos).

71

4.9 Costos Se estiman costos de movimiento de tierras a lo largo del proyecto tanto para eje derecho como para el eje izquierdo donde se obtiene lo siguiente (ver anexo 10):

Cuadro 35. Volúmenes de acarreo.

EJE Volumen de corte

Volumen de

relleno

VOLUMEN A TRANSPORTAR

IZQUIERDO 398298 89551,75 308746,2

DERECHO 260204,6 160774,1 99430,47

TOTAL 408176,67


El volumen total a transportar de 408176.67 m3 en el corredor del proyecto, el cual indica un valor mayor para corte como se puede observar en los siguientes diagramas de masas para cada uno de los ejes.

Figura 49. Diagrama de masa eje izquierdo.


72

Figura 50. Diagrama de masas eje derecho.


Según precios de referencia el transporte y disposición final de escombros el m3 es $19920 ver figura 51.

Figura 51. Idu precios de referencia acarreo.

Fuente: www.idu.gov.co

Por tal motivo el costo de movimiento de tierras para el proyecto tiene un estimativo de $ 8.130.879.266,40

73

4.9.1 Costos de recuperación Según lo analizado en conteos vehiculares se presenta un volumen de 3187 vehículos/hora en el costado de la calle 80 y de 2289 vehículos/hora en el costado de Soacha para cuando el proyecto se encuentre en funcionamiento 2018.

Cuadro 36. Volúmenes operación proyecto Calle 80


Cuadro 37. Volúmenes de operación proyecto Soacha.


Para un vehículo categoría 1 el valor de peaje en la autopista Bogotá - Girardot es de $ 9200 ver cuadro 38.

Cuadro 38. Valores de peaje autopista Bogotá-Girardot.

Fuente: www.bogotagirardot.com

Dicho lo anterior la tarifa de $ 9200 permitirá la recuperación de la inversión por concepto de acarreo en tan solo 7 días, lo que hace que el diseño a pesar de su magnitud puede abarcar el pago en cada uno de las fases de construcción.

74

Cuadro 39. Recuperación inversión por costo de acarreo.

AÑO TRANSITO TOTAL VALOR DE PEAJE COBRO 1 HORA VALOR DE ACARREO DIAS

2018 5476 9.200,00$ 50.379.200,00$ 8.130.879.266,40$ 7 Fuente: Elaboración propia

4.9.2 Costos de construcción Se estiman costos de materiales a lo largo del proyecto tanto para eje derecho como para el eje izquierdo donde se obtiene lo siguiente:

Cuadro 40. Totales de cubicación materiales

EJE DERECHO IZQUIERDO TOTAL

Pavimento 69148,44 69072,19 138220,63

Base 29901,72 28531,83 58433,55

SubBase 41495,78 39471,35 80967,13


Según precios de referencia y lo indicado por el tipo de pavimento de diseño de la ALO y la consultoría CEI se estima los siguientes valores

Figura 52. Precios de referencia de materiales IDU.

Fuente: www.idu.gov.co

75

Cuadro 41.valor de materiales

EJE VALOR DE MATERIALES

Pavimento 52.814.655.605,52$

Base 3.978.857.286,60$

SubBase 5.980.475.123,19$ Fuente: Elaboración propia

Por tal motivo el costo de materiales para el proyecto tiene un estimativo de $ 62.773.988.015,31 Dicho lo anterior la tarifa de $ 9200 permitirá la recuperación de la inversión por concepto de acarreo en tan solo 52 días, lo que hace que el diseño a pesar de su magnitud puede abarcar el pago en cada uno de las fases de construcción.

Cuadro 42.Recuperación inversión por costo de materiales. AÑO TRANSITO TOTAL VALOR PEAJE COBOR 1 HORA VALOR MATERIALES DIAS

2018 5476 9.200,00$ 50.379.200,00$ 62.773.988.015,31$ 52 Fuente: Elaboración propia

Se estiman costos de viaducto a lo largo del proyecto tanto para eje derecho como para el eje izquierdo donde se obtiene lo siguiente

Figura 53. Precios de referencia viaducto.

Fuente: Instituto de infraestructura y concesiones de Cundinamarca.

76

Cuadro 43. Viaducto costos

Fuente: Elaboración propia Dicho lo anterior la tarifa de $ 9200 permitirá la recuperación de la inversión por concepto de construcción viaducto en tan solo 10 días, lo que hace que el diseño a pesar de su magnitud puede abarcar el pago en cada uno de las fases de construcción.

4.10 Planos Los planos que se obtuvieron como resultado del desarrollo del proyecto fueron: planos planta perfil con formato IDU a escala 1:2000 y planos de secciones transversales con formato INVIAS a escala 1:100 (ver anexo 10). En medio físico con el documento, se entrega el plano planta perfil No.5 del eje derecho, en escala 1:2000 y el plano No. 3 de secciones transversales del eje derecho en escala 1:100.

eje abscisas longitud

derecho

k00+000,000 250,000

k00+250,000

k19+000,000 700,000

k19+700,000

izquierdo

k00+000,000 200,000

k00+200,000

k18+900,000 750,000

k19+650,000

total 1900,000

precio ml $ 6.000.000,00

total $ 11.400.000.000,000

77

5. CONCLUSIONES A continuación se presentan las conclusiones extraídas a partir de los resultados obtenidos en el proceso de diseño del anillo vial, el cual fue estructurado a partir de actividades de digitalización, estudios de tránsito y de diseño geométrico. En primer lugar, una vez establecida la topografía del sector a partir de la digitalización de las curvas de nivel de las planchas topográficas, se pudo reconocer y determinar el tipo de terreno en el sector de diseño como un terreno plano, el cual es uno de los parámetros de diseño para el anillo vial, contemplado en la clasificación según su tipo, en el manual de diseño geométrico de carreteras Invias 2008. Además de la clasificación de la topografía permitió estimar los volúmenes de cubicación y pendientes de diseño geométrico. Por medio de los conteos realizados en los sectores de inicio y fin del anillo vial, se determina un elevado porcentaje de camiones, porcentaje que podrá transitar por la nueva alternativa vial, permitiendo descongestionar la parte central de la ciudad, dando a la demás composición vehicular (buses y automóviles) la posibilidad de transitar a una mayor velocidad, disminuyendo la afectación y el deterioro de la infraestructura existente. Además de contribuir con la movilidad, esta alternativa se ajusta con lo establecido en el PMM el cual indica una distribución logística de cargas en la periférica de la ciudad. Al realizar el análisis de velocidad por medio de tablas de distribución de frecuencias en cada uno de los sectores de inicio y fin del anillo vial, se puede estimar un mejoramiento en la velocidad de operación, ya que la velocidad existente oscila entre los 30 km/h y los 65 km/h, mientras que la velocidad de diseño en el anillo vial será de 100 km/h con accesos controlados, permitiendo un flujo vehicular continuo, característica primordial en el diseño de autopista o Freeways. En cuanto al nivel de servicio, mediante el software HCM 2000 se pudo determinar un nivel actual de categoría D, sin embargo, en algunos sectores se observa categoría E, por medio de investigación de campo. Por tal motivo, este componente será mejorado significativamente con la nueva alternativa, ya que según el pronóstico de volumen futuro, éste tendrá operación a un nivel de servicio C. Finalmente se señala que la propuesta del diseño geométrico del anillo vial a nivel de alcance en los estudios de pre-factibilidad en el sector 4, constituye una alternativa para descongestionar el creciente tráfico vehicular, ya que en la actualidad se presenta caos vehicular y es necesario emplear nuevas alternativas de infraestructura con características de diseño geométrico de tipo autopista.

78

6. RECOMENDACIONES

Ampliar la investigación en cuanto al componente de topografía, con el fin de estimar una aproximación real con respecto a la cubicación de tierras, afectaciones de predios, ambientales y demás componentes urbanísticos actuales en el sector occidental del diseño del anillo vial.

Aumentar el número de días de conteo y datos históricos en volúmenes

vehiculares, con el fin de determinar una mejor tendencia que se aproxime más a la realidad.

Realizar estudio de afectación ambiental en cuanto a estudio de impacto

ambiental.

Efectuar estudios e investigación en áreas de geotecnia, pavimentos, estructura, ambiental, arquitectónico, hidráulico, entre otros, con el fin de establecer con mayor certeza la estructura adecuada para el diseño del assembly, ya que la estructura que se maneja es asumida con respecto a diseños geométrico con características similares.

79

7. BIBLIOGRAFÍA

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Wolf Paul R.- Charles D. Ghlani .

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81

Anexo 1. Cartografía Igac –reporte georreferenciación

82

Anexo 2. Modelo digital (curvas de nivel)

83

Anexo 3. Carteras conteos vehiculares

84

Anexo 4. Resultados Volúmenes Vehiculares

85

Anexo 5. Datos Históricos Secretaria de Movilidad

86

Anexo 6. Carteras y análisis de velocidad

87

Anexo 7. Resultados HCM 2000 y Volúmenes Futuros

88

Anexo 8. Diseño Geométrico Anillo Vial

89

Anexo 9. Planos Diseño Geométrico Anillo Vial.

90

Anexo 10. Reportes Civil 3D

Documents

PROPUESTA DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DE UN ANILLO VIAL …