Diseno geometrico de vias con aplicaciones basicas enexcel y autocad 254549845454 PDF

Preview

Summary

DISEÑO GEOMETRICO DE VIAS...

Description

DISEÑO GEOMETRICO DE VIAS CON APLICACIONES BASICAS EN EXCEL Y AUTOCAD

WILMAN MUÑOZ PRIETO INGENIERO CIVIL

Noviembre 2007

TABLA DE CONTENIDO

PAGINA Figura 1 - SECCION TRANVERSAL TIPICA EN RECTA 10 .................................. 6 INTRODUCCION .............................................................................................................. 6 CAPITULO I ...................................................................................................................... 8 1. GENERALIDADES ....................................................................................................... 8 2. DEFINICIONES BÁSICAS ........................................................................................... 9 2.1 DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS ....................................................................... 9 2.2 CARRETERA .......................................................................................................... 9 2.3 SECCIÓN TRANSVERSAL ................................................................................... 9 2.4 CALZADA ............................................................................................................ 11 2.5 CARRIL ................................................................................................................. 11 2.6 CARRIL ADICIONAL PARA CIRCULACIÓN RÁPIDA .................................. 11 2.7 CARRIL ADICIONAL PARA CIRCULACIÓN LENTA ................................... 11 2.8 BERMAS ............................................................................................................... 11 2.9 CUNETAS ............................................................................................................. 11 2.10 BANCA .............................................................................................................. 12 2.11 ACERA .............................................................................................................. 12 2.12 BOMBEO ........................................................................................................... 12 2.13 CURVA HORIZONTAL ................................................................................... 12 2.14 CURVA VERTICAL ......................................................................................... 12 2.15 DISTANCIA DE ADELANTAMIENTO .......................................................... 13 2.16 DISTANCIA DE CRUCE .................................................................................. 13 2.17 DISTANCIA DE PARADA O DE FRENADO ................................................ 13 2.18 ELEMENTO DE TRAZADO ............................................................................ 13 2.19 EJE ..................................................................................................................... 13 2.20 TRANSITO PROMEDIO DIARIO (TPD) ........................................................ 13 2.21 NIVEL DE SERVICIO ...................................................................................... 13 2.22 PENDIENTE ...................................................................................................... 14 2.23 PERALTE .......................................................................................................... 14 2.24 RASANTE ......................................................................................................... 14 2.25 TERRAPLÉN ..................................................................................................... 14 2.26 VELOCIDAD ESPECÍFICA DE UN ELEMENTO DE TRAZADO (Ve) ....... 14 3 CLASIFICACIÓN DE CARRETERAS ................................................................... 14 3.1 SEGÚN SU JURISDICCIÓN ................................................................................ 14 3.1.1 Nacionales .......................................................................................................... 14 3.1.2 Departamentales ................................................................................................. 14 3.1.3 Municipales y distritales..................................................................................... 15 3.2 SEGÚN SUS CARACTERÍSTICAS .................................................................... 15 3.2.1 Autopistas ........................................................................................................... 15 3.2.2 Multicarriles ....................................................................................................... 15 3.2.3 Carreteras de dos carriles ................................................................................... 15 3.3 SEGÚN EL TIPO DE TERRENO ......................................................................... 15 3.3.1 Terreno Plano ..................................................................................................... 15 3.3.2 Terreno Ondulado .............................................................................................. 16 3.3.3 Terreno Montañoso ............................................................................................ 16

3.3.4 Terreno Escarpado.............................................................................................. 16 TABLA Nº 1..................................................................................................................... 16 CARACTERISTICAS DE UNA VIA DE ACUERDO AL TIPO DE TERRENO ......... 16 3.4. SEGÚN VELOCIDAD DE DISEÑO .................................................................... 17 3.5. SEGÚN EL TIPO DE PAVIMENTO ................................................................... 17 3.5.1 En Tierra ............................................................................................................. 17 3.5.2 En Afirmado ....................................................................................................... 18 3.5.3 Estructura de pavimento flexible: ...................................................................... 18 3.5.4. Estructura de pavimento rígido: ......................................................................... 19 3.5.5. Estructura estabilizada........................................................................................ 20 CAPITULO II ................................................................................................................... 21 4. CONTROLES O PARÁMETROS DE DISEÑO ....................................................... 21 4.1 VELOCIDAD ........................................................................................................ 21 4.2 FACTORES PARA VELOCIDAD Y LIMITACIONES ....................................... 21 4.2.1 Velocidad de diseño: .............................................................................................. 21 4.2.2 Velocidad especifica:.......................................................................................... 22 4.2.3 Velocidad de operación: ...................................................................................... 22 4.2.4 Transito promedio diario (TPD):........................................................................ 23 4.2.5 Volumen de la hora pico ó hora pico ................................................................. 24 VELOCIDAD DE DISEÑO DE ACUERDO AL TRANSITO PROMEDIO DIARIO .. 24 5. DISTANCIA DE VISIBILIDAD .............................................................................. 25 5.1 DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE FRENADO O PARADA: .......................... 25 5.2. DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE ADELANTAMIENTO:............................. 26 5.3. DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE CRUCE ...................................................... 27 CAPITULO III ................................................................................................................. 29 6. ALINEAMIENTO HORIZONTAL O DISEÑO EN PLANTA .............................. 29 6.1 TRAMOS RECTOS – ALINEAMIENTOS .......................................................... 29 EJEMPLO PRÁCTICO PARA EL CÁLCULO DE COORDENADAS PLANS DE UNA POLIGONAL ABIERTA ................................................................................................. 30 7. CURVAS CIRCULARES SIMPLES ........................................................................ 49 7.1 ELEMENTOS. ....................................................................................................... 49 7.2 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UNA CURVA CIRCULAR SIMPLE ....... 51 7.3 LOCALIZACIÓN DE LA CURVA A PARTIR DEL PI...................................... 53 8. EJERCICIO PRÁCTICO CURVA CIRCULAR SIMPLE ....................................... 54 9. CURVAS CIRCULARES COMPUESTAS.............................................................. 70 9.1 CURVAS CIRCULARES COMPUESTAS DE DOS RADIOS ........................... 71 9.2 CURVA CIRCULAR COMPUESTA DE TRES RADIOS .................................. 74 10. CURVAS DE TRANSICIÓN ................................................................................ 79 10.1 ESPIRAL-CIRCULO-ESPIRAL ....................................................................... 81 EJERCICIO DISEÑO E-C-E CALCULOS Y PROGRAMACION EN EXCEL-DIBUJO EN AUTOCAD ................................................................................................................ 83 10.2 CURVA DE TRANSICION ESPIRAL-ESPIRAL ......................................... 116 11. SECCIÓN TRANSVERSAL DETALLADA ..................................................... 142 CAPITULO IV ............................................................................................................... 163 12. DISENO VERTICAL O DISEÑO DE LA RASANTE ...................................... 163 12.2 Curvas verticales convexas .............................................................................. 168 CAPITULO V ................................................................................................................ 201 3

13. MOVIMIENTO DE TIERRAS ................................................................................ 201

4

LISTA DE TABLAS

PAGINA

TABLA Nº 1- CARACTERÍSTICAS DE UNA VÍA DE ACUERDO AL TIPO DE TERRENO

16

TABLA Nº 2 - VELOCIDADES DE DISEÑO SEGÚN TIPO DE CARRETERA Y TERRENO

17

TABLA 3- RELACIÓN VELOCIDAD – RADIO MÍNIMOS

22

TABLA 4- VELOCIDADES DE MARCHA TEÓRICAS EN FUNCIÓN DE VELOCIDAD DE DISEÑO

23

TABLA 5 - VELOCIDAD DE DISEÑO DE ACUERDO AL TRANSITO PROMEDIO DIARIO

24

TABLA 6 - DISTANCIAS DE VISIBILIDAD DE PARADA PARA TRAMOS A NIVEL (P=O) SOBRE PAVIMENTO HÚMEDOS

26

TABLA 7 - MÍNIMA DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE ADELANTAMIENTO PARA CARRETERAS DE DOS CARRILES DE DOS SENTIDOS

26

TABLA 8 – PARAMETRO MÍNIMO (AMÍN)

80

TABLA 9- VALORES MAXIMOS Y MINIMOS DE LA PENDIENTE LONGITUDINAL PARA RAMPAS DE PERALTES

145

TABLA 10- ANCHO RECOMENDADO PARA CALZADA

145

TABLA 11- RELACION ENTRE PENDIENTE MAXIMA (%) Y VELOCIDAD DE DISEÑO

167

LISTA DE FIGURAS

PAGINA

Figura 1 - SECCION TRANVERSAL TIPICA EN RECTA

10

Figura 2 - TIPOS DE CUNETAS

12

Figura 3 - SECCION TIPICA VIA EN TIERRA

18

Figura 4 - CORTE TRANSVERSAL TIPICA PAVIMENTO FLEXIBLE

19

Figura 5 - CORTE TRANSVERSAL TIPICA PAVIMENTO RIGIDO

19

Figura 6- PLANTA DE ALINEAMIENTOS RECTOS

31

Figura 7 – LONGITUD MINIMA DE CURVAS VERTICALES CONVEXAS

172

Figura 8 – LONGITUD MINIMA DE CURVAS VERTICALES CONCAVAS

189

INTRODUCCION El libro denominado DISEÑO GEOMETRICO DE VIAS CON APLICACIÓNES BASICAS EN EXCEL Y AUTOCAD, ha sido escrito con el fin de suplir las debilidades que tienen las universidades en software aplicado en ingeniería; mediante el uso de los recursos básicos Excel-Autocad. La aplicación de herramientas computacionales permite mejorar la cátedra de diseño geométrico de vías, ayudando a los usuarios, en especial a los estudiantes de las diferentes facultades de ingeniería civil a involucrarse en el manejo de las herramientas computacionales en los proyectos viales. Para realizar un diseño geométrico de carreteras existe en el mercado Software que ayuda a simplificar los cálculos, operaciones y presentaciones, pero por su alto costo no es fácil tener acceso a las licencias del software, principalmente para las universidades y empresas pequeñas de ingeniería o diseño no es fácil acceder al software por las razones mencionadas, originando que los estudiantes y nuevos profesionales no conozcan ni manipulen los programas de diseño geométrico de vías existentes en el mercado. Esto me motivo a realizar una metodología de diseño geométrico de vías empleando herramientas de Excel y autocad, que permiten realizar cálculos de una manera rápida y sencilla, teniendo a favor que son herramientas computacionales disponibles en el mercado con facilidad, con el uso de ellas se tendrán ayuda en los procesos que por muy extensos que sean, manualmente se convierten en problemas interminables. En el libro se ilustran ejercicios prácticos que permite a los lectores seguir paso a paso una metodología de fácil entendimiento en el desarrollo de un proyecto Vial, mediante el uso de herramientas computacionales, de esta manera se realiza el diseño de curvas horizontales, diagramas de peraltes, carteras de tránsito, cálculo de coordenadas planas, cálculos del diseño vertical, carteras de rasante,

diagramas de masas, calculo del

movimiento de tierras y en general la presentación de la vía en planta y perfil.

6

Es por esto que el libro pretende convertirse en una muy buena herramienta práctica, enfatizando que en él no se realizó las demostraciones de las ecuaciones empleadas en el diseño, sino que recurro a las tablas

publicadas en el manual del INVIAS y a las

ecuaciones dadas en el libro DISEÑO GEOMETRICO DE VIAS del profesor JAMES CARDENAS GRISALES. El libro presenta en el capitulo 1 las generalidades, definiciones mas utilizadas en diseño geométrico, clasificación de carreteras. En el capitulo 2 se describen los parámetros de diseño como controles a emplear en un proyecto de carreteras. En el capitulo 3 se definen los tipos de empalmes, la geometría horizontal de un diseño, la sección transversal detallada de una vía, se presentan ejercicios resueltos del diseño en planta. En el capitulo 4 se describe el tipo de empalme vertical que existe en el diseño, se desarrollan ejercicios en el diseño de la rasante de una vía. En el capitulo 5 se presenta el movimiento de tierras que se genera en un proyecto de diseño geométrico de carreteras, usos y construcción del diagrama de masas. Agradezco a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas que a través de su Facultad Tecnológica me permite culminar este proyecto. También un agradecimiento a mi familia en especial a mi hijo Nicolás, fuente de inspiración y constante motivación. Otras personas como estudiantes y profesores que colaboraron y aportaron su granito para que esta idea fuera posible. A todos ellos mi más sinceros agradecimientos.

Wilman Muñoz Prieto, M. Sc.

7

CAPITULO I 1. GENERALIDADES La localización o replanteo de una vía esta condicionada en un alto grado por la topografía, las características físicas, geométricas de los vehículos y los usos que se le da a la tierra en la franja de terreno que atraviesa el proyecto. La topografía es uno de los factores principales en la localización física de una carretera pues afecta la velocidad, el alineamiento, las pendientes, las distancias de visibilidad y las secciones transversales. Los terrenos montañosos, los terrenos planos, las pendientes muy fuertes, los ríos y los lagos generalmente presentan limitaciones al diseño y a la localización. En las zonas planas realmente la topografía tiene poca influencia, pero si puede presentar dificultades en algunos elementos de diseño como drenaje o las intersecciones a diferente nivel. Por otra parte en los terrenos irregulares la localización de una carretera y ciertos elementos de diseño dependen casi exclusivamente de la topografía. Cuando se presentan pendientes altas y restricciones a las distancias de visibilidad se reduce la capacidad de las carreteras de dos carriles y también la velocidad de los vehículos. Por lo general la naturaleza del terreno determina la clase de carretera que se debe construir. Las condiciones geológicas es otro factor que afecta la localización y los elementos geométricos de una carretera. En ciertos terrenos las aguas subterráneas u otras condiciones del subsuelo pueden impedir una sección en corte o pueden exigir una estructura elevada en vez de un relleno. Las condiciones climáticas pueden influir en la escogencia de la localización de una carretera a uno u otro lado de un terreno plano o de una montaña, de igual manera, el clima, el suelo o las condiciones de drenaje pueden hacer necesario elevar la rasante con respecto al terreno. En las zonas industriales se deben hacer generalmente diseño para camiones grandes, particularmente en las intersecciones, mientras que en las zonas de recreación, las vías que crucen los parques deben tener consideración especial en relación con el aspecto estético y la seguridad de los usuarios. Para seleccionar el mejor trazado de una carretera se debe tener en cuenta el entorno, la estética, la comodidad que se debe dar a los usuarios lo anterior de la mano con la seguridad vial que debe tener el proyecto construido finalmente. En el Diseño Geométrico de Carreteras la presentación del proyecto en Planta-Perfil en conjunto con las secciones transversales, peraltes y demás elementos geométricos constituyen las bases únicas y necesarias para la construcción de un proyecto carreteable. Para un mejor entendimiento del libro y en general para seguir la metodología propuesta se describe a continuación las definiciones básicas de Diseño Geométrico de carreteras. 8

2. DEFINICIONES BÁSICAS 2.1

DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS

Es el proceso de relacionar las características geométricas de una vía con la operación de los vehículos, mediante la física y la geometría. Como resultado del diseño se obtiene el desarrollo tridimensional (planta, perfil y sección transversal) de un corredor vial. La vía a diseñar debe ser económica, el costo de construcción habrá de ser lo mas bajo posible sin que ello implique que la vía resulte obsoleta a corto plazo, porque esto puede requerir que deba ser reconstruida antes del tiempo previsto ni que los costos de mantenimiento durante su vida útil sean más altos de lo normal. 2.2

CARRETERA

Plano de rodadura especialmente adecuado para la circulación de los vehículos, en condiciones de continuidad en espacio y en tiempo, el objetivo es brindar a los usuarios comodidad, seguridad y bajos costos en el transporte. Pueden existir de una o mas calzadas, de dos o más carriles con circulación en cada uno de los diferentes sentidos. 2.3

SECCIÓN TRANSVERSAL

Corte transversal de la carretera por un plano vertical y normal a la proyección horizontal del eje, en un punto cualquiera del mismo. Los elementos que constituyen una sección transversal son: Calzada constituida por dos o más carriles. Las bermas contiguas o adyacentes a los carriles, el ancho entre bordes externos se denomina corona de la vía. Las cunetas estructuras destinadas para encauzar o descargar el agua de lluvia o escorrentía. El ancho entre bordes externos de cunetas se denomina la banca de la vía.

9

CL BANCA

CH AFLAN

TERRENO NATURAL

CORONA CALZADA CARRIL

CARRIL RASANTE

BO MBEO 2%

BOMBEO 2%

CU

A ERM S B TA NE

4%

TALUD

BERMA 4%

CU N

ET AS

SUBR...