Diseño de Vías

Introducción

Vía Villavieja - Desierto de la Tatacoa

Vía Villavieja – Desierto de la Tatacoa, Huila, Colombia

Para transportar personas y mercancías por tierra se pueden utilizar vías no acondicionadas (por ejemplo caminos marcados únicamente por la huella de incontables pasos o travesías por desiertos y sabanas), vías poco acondicionadas (por ejemplo trochas que a duras penas garantizan una franja libre para el recorrido), o vías especialmente acondicionadas para facilitar el transporte. En el último caso usualmente hablamos de calles (streets, en inglés), si se trata de un contexto urbano, de carreteras (highways, en inglés), cuando se trata de zonas menos urbanizadas o rurales, o de ciclo-rutas o senderos, cuando se trata de aplicaciones específicas. Diseñar una vía implica determinar e integrar los elementos geométricos que la componen. Siempre que se desee construir una vía acondicionada nueva, o mejorar una existente, será necesario realizar un diseño geométrico previo que defina el trazado tridimensional del proyecto.

Este curso aborda el diseño geométrico de una carretera. Los elementos y conceptos teóricos para diseñar calles, ciclo-rutas, e incluso vías férreas y canales, son similares. El contexto y el uso, en cada caso, son notoriamente diferentes. Pero incluso cuando se trata de proyectos de carreteras, el contexto y la función también pueden variar considerablemente. De allí que un diseñador no pueda realizar su trabajo sin conocer a fondo e involucrarse con el contexto particular de cada proyecto, el cual está determinado tanto por las condiciones físicas (topografía, geología, geotecnia, meteorología, etc.) como por las características, costumbres y requerimientos de las comunidades, la fauna y la flora que será afectada (positiva y negativamente) por el proyecto.

Viaductos Estampilla

Viaductos de la Estampilla en la vía Pereira – Manizales, Colombia

Al definir la configuración tridimensional, es decir, la ubicación de la vía en el terreno, el diseño geométrico determina cuál será el impacto del proyecto sobre el ambiente y las personas. Además, determina en gran medida el costo tanto de la construcción como de la operación de la vía. Como normalmente se trata de proyectos de largo plazo, es necesario considerar los costos durante toda la vida útil del proyecto. De manera que se pueden justificar costos de construcción más altos, siempre y cuando disminuyan considerablemente los costos de operación, tanto para los usuarios como para el operador (usualmente una entidad gubernamental o una privada a quien se le ha otorgado el derecho a explotar la vía).

Son muchos los criterios que determinan el trazado definitivo de la vía (funcionalidad, seguridad, comodidad, estética, economía, compatibilidad con el medio ambiente, etc.), pero la seguridad siempre debe ser una prioridad para el equipo diseñador. La accidentalidad vial es un grave problema de salud pública. La Organización Mundial de la Salud estima que cada año mueren 1,2 millones de personas a causa de accidentes en vías públicas, y más de 50 millones resultan heridas. Si bien son varios los factores que contribuyen para que ocurra un accidente, los diseñadores deben siempre dedicar sus mayores esfuerzos a disminuir la participación de los factores que dependen de las características o las condiciones de la vía. En este curso exploraremos diferentes medidas para diseñar una vía que sea más segura.

Diseño geométrico de carreteras

Para diseñar geométricamente una carretera resulta más sencillo abstraerse de su carácter tridimensional (largo, ancho y alto) y asumir parejas bidimensionales que faciliten los cálculos y el entendimiento. Entonces se tienen: el diseño en planta, en el que la vía es vista “desde arriba” proyectando el eje de la misma sobre un plano horizontal y suprimiendo su dimensión vertical; el diseño vertical, o de perfil longitudinal, tomando una de las dimensiones horizontales (longitud, por supuesto) y combinándola con la vertical (cota); y el diseño transversal, considerando el ancho de la vía y la dimensión vertical. En cada uno de ellos aprenderemos a crear todos los elementos que componen el diseño geométrico de una carretera.

Objetivos del curso

  • Desarrollar en el (la) estudiante la capacidad de diseñar e integrar los elementos geométricos que componen una carretera, teniendo en cuenta las mejores prácticas internacionales en el ámbito y siguiendo las recomendaciones de los manuales de diseño aplicables.
  • Comprometer al (a la) estudiante, como diseñador y como usuario, con la seguridad vial; de manera que esté en capacidad de diseñar calles y carreteras seguras y, al mismo tiempo, apropie y comparta una cultura de prevención de accidentes.
  • Generar conciencia en el (la) estudiante sobre el impacto ambiental, social y económico que puede causar un proyecto vial, de manera que esté en capacidad de tomar las mejores decisiones de diseño que lleven a reducir los efectos indeseables y a propiciar los beneficiosos.
  • Desarrollar en el (la) estudiante la capacidad de evaluar diseños de vías o vías existentes para determinar sus bondades y defectos y, así mismo, proponer mejoras en los proyectos.

Contenido general del curso

1. Introducción

  • Transporte y vías terrestres
  • Clasificación de las carreteras
  • Controles para el diseño
  • Especificaciones de diseño
  • Fases del proyecto de una carretera

2. Diseño en planta

  • Trazado preliminar
  • Definición del eje de la vía
  • Curvas horizontales (circulares y espirales de transición)
  • Peralte
  • Sobreancho
  • Entretangencia horizontal

3. Diseño en perfil longitudinal

  • Tangente vertical
  • Curvas verticales

4. Diseño en sección transversal

  • Elementos de la sección transversal
  • Chaflanes y cubicación
  • Movimiento de tierras y curva de masa

Apuntes de clase

Presentaciones

Apuntes en el blog

Los siguientes temas pueden ser consultados como artículos en doble vía:

Otros temas se irán publicando en el blog, sólo deben revisarlo periódicamente buscando la categoría asignaturas/diseño de vias.

Bibliografía

Para el desarrollo de los temas del curso, así como para la investigación de temas complementares y adicionales, se recomienda que los estudiantes estén familiarizados por lo menos con los siguientes documentos:

Otros libros interesantes para el desarrollo del curso son:

  • Bravo, Paulo Emilio. 1998. Diseño de Carreteras: Técnicas y Análisis del Proyecto. Editorial Cargraphics. Código clasificación biblioteca de la Universidad de Ibagué: 625.7 B826
  • Chocontá Rojas, Pedro Antonio. 1998. Diseño Geométrico de Vías. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá. Código clasificación biblioteca de la Universidad de Ibagué: 625.7 Ch545
  • Hernández Casallas, Fideligno. 2005. Diseño geométrico de vías. Tercer mundo editores, Universidad La Gran Colombia. Bogotá. Código clasificación biblioteca de la Universidad de Ibagué: 625.7 C334d
  • González Vergara, Carlos Javier. 2011. Localización de carreteras. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Código clasificación biblioteca de la Universidad de Ibagué: 625.7 G643l
  • Kraemer, Carlos et al. 2003. Ingeniería de Carreteras. Volumen 1. McGraw Hill. Código clasificación biblioteca de la Universidad de Ibagué: 625.7 I46i
  • McCormac, Jack. 2005. Topografía. Limusa Wiley. Código clasificación biblioteca de la Universidad de Ibagué: 526.9 M487t

208 Comments

  1. @Raymundo: Cárdenas Grisales (2005) llega a la siguiente fórmula para calcular el sobreancho necesario en una curva de radio R:

    S = n[R – raíz(R^2 – L^2)] + 0,1Ve / raíz(R)

    En donde n es el número de carriles de la vía en la curva, R el radio de la curva circular, L la longitud del vehículo de diseño (entre ejes), y Ve la velocidad específica de la curva.

    El primer término de la fórmula resulta del análisis geométrico de la trayectoria diferente que siguen las ruedas delanteras y traseras al realizar el giro sobre la curva. El segundo término, por su parte, corresponde a un factor de seguridad recomendado por Barnett para velocidades mayores a las esperadas.

    Hay que tener en cuenta que la cantidad S de sobreancho necesario en la parte central de la curva (por lo menos una tercera parte de la curva debe tener sobreancho completo). Para alcanzar ese valor, se realiza una transición del sobreancho. De manera que se conserve la armonía y la estética de la carretera.

    La transición corresponde a un ensanchamiento proporcional a la longitud. La longitud total de transición está dada por la transición del peralte, expresada como:

    Lt = ( Ancho de carril * Peralte) / (Pendiente relativa de los bordes)

    La pendiente relativa de los bordes hace referencia a la inclinación de cada extremo de la carretera cuando se hace la transición para alcanzar el peralte completo en la curva. Su valor está determinado para cada peralte en el Manual de Diseño Geométrico del INVIAS, en Colombia.

    Tal longitud de transición debe desarrollarse entre el 60% y 80% en la parte recta, antes y después de la curva. Entonces la transición del sobreancho está determinada por un ancho adicional (Sp) en cada abscisa desde que empieza Lt:

    Sp = (Lp / Lt)*S

    Lp es la longitud desde el comienzo de la transición hasta la abscisa que se esté calculando.

    Finalmente, vale la pena recordar que el sobreancho no altera la simetría de la carretera. En las carteras de diseño el sobreancho se aplica al carril interno. Sin embargo, cuando el pavimento está listo, la línea central o de separación de los carriles debe pintarse en el centro geométrico de la curva. De manera que los n carriles ganan un ancho extra proporcionado.

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  2. Hola Doble via: quisiera saber informacion de obras de arte en acabados de una doble via que cruza un pueblo con dol via asfaltado, concretamente es la interoceanica Peru Brasil. saludos

    Responder

  3. @ Richard: Yo no estoy muy dedicado al área de los pavimentos. Sin embargo, te recomiendo visitar la siguiente página: ingepav.googlepages.com, del Ing. Luis Carlos Vásquez. Allí puedes encontrar este artículo sobre escoria de acería en las capas granulares del pavimento, presentado en el XVI Simposio Colombiano de Ingeniería de Pavimentos por el Ing. Oscar Arce.
    En dicha página puedes encontrar también muchos otros enlaces. O incluso contactarte con el autor del sitio para mayor información.
    Espero te sea útil.

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  4. hola, soy estudiante de ing civil de la uatf de potosi bolivia, deceo conocer informacion sobre el uso de desperdicios siderurgicos en capas base y subbase de vias, agradezco la colaboracion. gracias

    Responder

  5. Hola no se si has escuchado programa Topograph (brasil) es un excelente software podes bajar de http://www.4shared.com con su manual, hace poco lo toy manejando excelente en xp.

    En mi caso lo manejo el programa
    – Aidc (normas peruanas)
    – LAND DESKTOP, podes encontrar manuales en construaprende http://foros.construaprende.com/procesamiento-topografico-diseo-de-proyectos-viales-y-emba-vt4650.html
    – que yo recuerde en la pagina de ICG habia un articulo de las ventajas y desventajas de varios programas para obras viales le das un vistaso, ojala te sirva de ayuda.

    ATTE
    CAMIN3RITO

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  6. hola saben estoy haciendo un proyecto de mejoranmiento vial especificamente de cambio de calzada…… de empedrado a asfalto por fa ayudenme con informacion

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  7. ogecas:

    Sobre la compensación de volúmenes, algunos textos recomiendan hacerlo, sin embargo si el fin fuera económico, no es necesariamente lo correcto, ya que hay que tomar muchos parámetros adicionales como: factores de esponjamiento y compactación, costos de cortes y rellenos, continuidad de la linea de rasante, etc.

    Existen algunas publicaciones que trataron el tema desde simplemente compensar los volumenes hasta modelos complejos de optimización.

    Saludos

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  8. ¿QUE ES PERALTE Y SOBREANCHO Y CUAL ES EL PROPOSITO?
    PERALTE: Se denomina peralte a la pendiente transversal que se da en las curvas a la plataforma de una vía férrea o a la calzada de una carretera.
    Esta pendiente la experimentamos nosotros cuando viajamos o simplemente vamos en el bus y sentimos que cuando este toma una curva el bus queda levantado en un extremo hacia adentro de la curva es decir no queda totalmente horizontal si no que queda con una pendiente y queda nuevamente horizontal cuando toma una recta, esto es el llamado peralte.
    PROPOSITO DEL PERALTE: Contrarrestar la fuerza centrifuga que tiende a desviar a los vehículos hacia fuera de su trayecto. Es decir cuando vamos en el carro con una velocidad al entrar a una curva sentimos una sensación de que el carro fuera a salirse de la curva, esta sensación la produce la fuerza centrifuga también hay una fuerza de rozamiento entre las llantas del carro y el pavimento pero esta fuerza no es suficiente para mantener el carro en la curva y contrarrestar la fuerza centrifuga por eso se hace este levantamiento a la curva para que ayude junto con la fuerza de rozamiento a evitar que el carro se salga de la curva.
    SOBREANCHO: Es la ampliación que se le hace a las curvas. Para determinar el valor del sobreancho, debe elegirse el vehículo representativo o promedio del transito de la vía.
    PROPOSITO DEL SOBREANCHO: El sobreancho en una curva se hace pensando en el espacio que necesitan los carros grandes como c2, c3 es decir camiones o tractomulas. Estos vehículos su eje trasero no llevan el mismo alineamiento que el eje delantero, es un problema ya que cuando entran en una curva el eje trasero no sigue el mismo recorrido de la curva, mientras el frente esta al lado externo de la curva su eje trasero esta en la parte interior de la curva ocupando mucho espacio, los dos carriles. Por eso el propósito es que las condiciones de operación de los vehículos en las curvas sean muy similares a las de en rectas.

    Responder

    1. HOLA. DISCULPA. BUSCABA INFORMACION SOBRE PROYECTOS GEOMETRICOS DE CARRTERAS, Y ESQUE TENGO UNA GIGANTEZCA DUDA, Y ME TOPE CON ESTA PAG. Y LEI ESTE COMENTARIO Y ME LATIO ESCRIBIR AKI. MIRA: EN EL LIBRO DE “VIAS DE COMUNICACION, DEL AUTOR CRESPO VILLALAZ” HAY UN ERROR EN LA FORMULA PARA EL CALCULO DE LA SOBRE-ELEVACION…D CASUALIDAD SABEIS CUAL ES???!!! PORFAVOR ME URGE RESPUESTA MI CORREO ES gabrieloseayo1@hotmail.com

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  9. @Yonier: Tienes razón sobre la diferencia en los criterios de diseño para ferrocarriles respecto a las carreteras. Tengo que reconocer que no sé cuál es el que se maneja para la longitud critica de las pendientes. He estado buscando en internet, pero no he encontrado específicamente el tema. Lo siento mucho.
    Tal vez en el libro de Diseño Geométrico de Pedro A. Chocontá, en los primeros capítulos habla un poco sobre ferrocarriles.

    Responder

  10. HOLA !

    ME GUSTARIA SABER SI TIENES INFORMACION SOBRE LA LONGITUD CRITICA PARA EL TRAZADO DE UNA VIA FERREA.

    CONOZCO LA NORMATIVIDAD DE LAS VIAS CONVENCIONALES, PERO SE QUE POR LAS CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS FERROCARRILES EXISTEN CIERTAS DIFERENCIAS EN LOS CRITERIOS DE DISEÑO ENTRE ESTAS DOS.

    YA TENGO INFORMACION AL RESPECTO, SIN EMBARGO ME FALTA ESE DETALLE; Y CREO QUE EL VALOR DE ALTURA CRITICA BAJO CIERTA PENDIENTE PARA DETERMINAR LA DISTANCIA HORIZONTAL CRITICA, NO ES LA MISMA DE LAS VIAS CONVENCIONALES SEGUN DEDUZCO DEL MATERIAL QUE HE ENCONTRADO HASTA EL MOMENTO.

    MUCHAS GRACIAS Y ESPERO RESPUESTA.

    ESTUDIANTE ING. CIVIL – UIS

    Responder

    1. Hermano no tengo respuesta a tu pregunta porque poseo la misma duda que tu. Estoy haciendo una tesis en lo que respecta a la geometrizacion de vías férreas. Me gustaría saber si hay alguna manera de podernos poner en contacto e intercambiar información al respecto. mi correo es juanmsilval@gmail.com. Espero tu respuesta!! Y gracias de antemano!!

      Responder

  11. @Ogecas: Muchas gracias. Lamentablemente no tengo ninguna información sobre cubicación que te pueda hacer llegar por este medio. Sin embargo, te remito al libro de Paulo Emilio Bravo (el primero en la bibliografía), que a pesar de no ser el más moderno, es el que trae más información sobre ese tema en los capítulos finales.
    Respecto a lo de compensar los volúmenes, es un tema que hemos estado discutiendo con un compañero que conoce mucho sobre CAD y simulación por computador, y nos parece que es un buen tema de investigación, pues es algo que actualmente se hace “a ojo” sobre el plano de perfil longitudinal del terreno. Cuando calculas los volúmenes debes tener en cuenta coeficientes de contracción o expansión, dependiendo del tipo de terreno que se vaya a cortar.
    De nuevo, siento no poder darte más información y espero que sigas pendiente del blog.

    Responder

  12. Jo, estos de Novapoint estan intentando hacerse propagando por todos lados, no hay ni un foro en los que no se les vea…pero a ver si unen sus esfuerzos paa mejorar su producto, que queda bien lejos de las herramientas como el CLIP y el ISTRAM más que perder el tiempo escribiendo en foros y no aportando mucho…aunque es cierto que son libres de hacer lo que quieren.

    Responder

  13. hola, soy estudiante de ing civil de la uis. estuve echando un vistazo a su pagina y me parece muy buena. quisiera saber si seria posible me dieras informacion sobre cubicacion de una via es que no se como compensar los volumenes te terraplen con los de corte de tal manera que me queden iguales en realidad nose si se puda creo que se modificaria la cota roja o algo asi te agradezco si me puedes colaborar con esta informacio gracias…

    Responder

  14. Este comentario ha sido editado para evitar confundir a los lectores de doblevia. Este sitio no tiene -ni su autor- ninguna relación con Vianova o ninguno de sus productos, de hecho no sabía que existían, por eso me parece bueno dejar el comentario para estar enterados de diversas opciones en cuanto al software de diseño de vías.
    —————————————————————————————————————————
    Comentario original:
    —————————————————————————————————————————
    Si quieres echar un ojo a nuestro software, Novapoint, puedes encontrar información en nuestra web:
    http://www.vianova.es/novapoint.html

    para contactar: http://www.vianova.es/contacto.html

    Saludos,
    —————————————————————————————————————————

    Responder

  15. AH Y POR FAVOR. SI ALGUIEN TIENE TEMA SOBRE ALUSION COMO METODO DE ESTABILIZACION DE TALUDES. LES AGRADEZCO QUE ME COLABOREN CON LA INFORMACION.

    ATT. YONIER

    Responder

  16. ENCONTRE ESTA PAGINA POR ACCIDENTE Y POR ALGO SERA, JAJAJA.

    EDWIN: CREO QUE SI VA A IMPLEMENTAR TRES PROGRAMAS, DEBERIA TOMAR EL CONSEJO DE RAINEIRO, Y EN LUGAR DEL AUTOCAD LAND APLICAR EL EAGLE POINT, YA QUE TIENE CARACTERISTICAS SIMILARES, SOLO QUE SU MANEJO ES MUCHO MAS FACIL, Y POR LO TANTO LE PERMITIRIA AL USUARIO UN MEJOR ENTENDIMIENTO Y SEGUIMIENTO DE SU PROPUESTA DE SOFTWARE.

    ATT. YONIER

    Responder

  17. Hola, si bien es cierto los tres programas que mencionas buenos para el diseño de carreteras, te sugiero que incluyas por lo menos uno de los siguientes:

    Inroad
    Istam Ispol
    Clip
    Eagle Point

    Responder

  18. Les agradezco el interes:
    Bueno la idea es sistematizar los conocimientos y Normas para Hacer el Diseño geometrico,como tb acelerar y optimizar el proceso con el uso de softwares de vanguardia en este campo.
    Voy hacer una comparacion y evaluacion por el momento con 3 softwares:
    AutoCad Land
    AIDC ns
    Civil 3D
    Quiero demostrar que la Automatización del Diseño Geométrico de Carreteras optimiza en Tiempo, Economía y Calidad el Diseño.
    Att. Edwin Flores

    Responder

    1. Buen día soy estudiante y me pidieron hacer un proyecto relacionando la topografía con cualquier construcción existente hasta el momento, pues hice la propuesta de mostrar ciertos programas que ayudan a la recreación y comportamientos de las construcciones en diferentes ambientes… le agradecería mucho si me puede ayudar con algo.

      Responder

    2. Hola Edwin pasaba por aca y al leer tu proyecto de tesis me doy cuenta que me puedes ayudar con la mia, ya que a civil 3D tengo que implementarles las normas de mi pais para poder automatizar las generaciones de planos, en otras palabras tengo que implementar estos formatos a la base de datos. espero que me puedas ayudar ya que lo necesito de verdad, asi que muchas gracias por tu tiempo y espero tu respuesta que estes bien

      Responder

  19. @Edwin: Lamento no poder ayudarte, pues no tengo información sobre el tema. Pero me parece muy interesante la investigación estuve hablando con un compañero de Ing. Mecánica que sabe mucho sobre diseño con herramientas computarizadas y nos pareció que puede ser muy aplicable al diseño geométrico de vías, sin embargo queremos saber con mayor profundidad, específicamente cómo vas a implementar la automatización en esta área. Muchas gracias

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    1. Hola, me puedes ayudar?soy isntructora en el sena para el curso de desarrollo gráfico de proyectos de arquitectura y obras civiles y no encuentro una imagen, básica y clara de una sección de vía, para mis aprendices que salen como técnicos,muchas gracias

      Responder

  20. Saludos:
    Estoy, haciendo mi tesis de Grado en Automatizacion en el Diseño GEometrico de Carreteras, agradeceria todo tipo de informacion respecto al tema, a su vez podria compartir manuales de softwares y/o informacion q necesiten.
    Att. Edwin Flores

    Responder

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