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Factores que influyen en el diseño geométrico de carreteras

Enviado por Henry León Alonso



  1. Introducción
  2. Desarrollo
  3. Conclusiones:

Introducción

El desarrollo de un país lo constituyen los sistemas de transporte entre los cuales se pueden mencionar: carreteras, ferrocarriles, transporte aéreo, entre otros. Es necesario destacar que en el desarrollo económico y social de un país hay que tener en cuenta todos los sistemas de transporte que lo integran, ya que un estudio por separado no suministra la red idónea que la economía del país exige.

La carretera se define como una curva alabeada en el espacio, con el objetivo de garantizar un recorrido espacial continuo; cumpliéndose en ella todos los principios y normas del arte de proyectar. (Raúl Benítez)

Las carreteras deben cumplir consideraciones de tipo económico, características del terreno y objetivos del proyecto, en cuanto a su trazado que este sea directo entre los puntos extremos a enlazar, cumpliendo en él todos los principios y normas de ingeniería que permitan obtener una obra vial resistente, segura, duradera, funcional, económica y de apariencia agradable ante los ojos del conductor.

La construcción de carreteras conlleva a tener en cuenta varios parámetros como la influencia en la naturaleza, el consumo de energía, con énfasis en los combustibles fósiles no renovables, el consumo de materias primas naturales, la generación de residuos, alternativas de tratamiento o reaprovechamiento, las emisiones gaseosas o partículas, la contaminación del suelo y nivel freático, la deforestación, los programas de prevención de accidentes, la evaluación de riesgos y de impactos socioeconómicos. Lo antes expuesto nos lleva a la pregunta de qué tan benéfico es para la población mundial el aumento del transporte por carretera, en lugar de darle más desarrollo o importancia a otros sistemas de transporte que tendrían un menor impacto ambiental y social que una carretera.

Desarrollo

Factores que Influyen en el Diseño Geométrico de Carreteras:

Entre los factores que influyen en el diseño geométrico de carreteras se encuentran:

  • Tráfico: Tener conocimiento del tráfico al que va a estar sometido una carretera es de vital importancia para proyectarla, hay que tener conocimiento del número total de vehículos, su tipo, distribución en el tiempo y su factor de crecimiento anual; no solo para determinar la sección transversal más adecuada; sino también las pendientes longitudinales máxima admisible, su longitud, la calidad que debe poseer la estructura del pavimento; entre otras cuestiones.

Para poder determinar el tráfico se realizan estudios especializados de origen y destino, conteos manuales y electrónicos de los vehículos que nos dan a conocer el tráfico total del año, el tráfico medio diario y el tráfico horario.

El tráfico total del año, es el número total de vehículos, de todos los tipos, que pasan por un punto determinado de la vía durante un año. Esta medida sirve para determinar las dimensiones de la sección transversal de la vía, la cual es importante para valorar la importancia económica de esta.

El tráfico medio diario, es el total del año dividido entre los 365 días que tiene el año. Este se conoce más como promedio anual de intensidad diaria de tránsito (PAIDT). Este también se utiliza para valorar la importancia económica de la vía y justificar las inversiones que se deben realizar.

El tráfico horario, como analiza un período corto del día (una hora) sí nos sirve para calcular la sección transversal de la carretera. Calcular la vía para el tráfico horario máximo del año traerá como resultado, que la vía este subutilizada en las restantes horas del año. Debido a esto, como norma se adopta la hora 30 del año la cual es aquella cuyo tráfico se excede 30 horas al año. Este tráfico horario suele ser del 12 al 18% del tráfico medio diario (PAIDT).

Es de gran importancia conocer que cuando se proyecta una vía no debe hacerse solo para el tráfico actual, sino que también hay que tener en cuenta el posible aumento del mismo para un periodo de 10 a 20 años.

Topografía: Para realizar la construcción de una carretera donde la misma sea lo más económica posible hay que tratar de que el recorrido de esta sea el mínimo posible, que los movimientos de tierra para alcanzar la cota de la subrasante de proyecto sea un mínimo también; y que se cumplan todas las normas y principios del diseño geométrico. Todas estas condiciones son difíciles de logra en un proyecto, pero deben lograrse en él las mayores ventajas. Para lograr esto se tiene que tener un buen dominio del relieve del terreno, planos y fotos aéreas de la zona donde se va a realizar la construcción.

Las condiciones topográficas de la región son un factor muy importante al seleccionar la situación de un nuevo trazado y son las que primero deben ser analizadas para poder establecer las diferentes alternativas de unión entre los puntos extremos a enlazar.

Según las condiciones topográficas, se pueden definir tres tipos de trazados:

  • Trazado en valle.

  • Trazado por las divisorias de las aguas.

  • Trazado perpendicular a la divisoria.

Trazado en valle: En este los tramos de trazado siguen el curso de un río. En dependencia de las condiciones topográficas y geológicas; el trazado en valle puede estar ubicado en un mismo lado del río o cruzándole hacia uno y otro lado. El eje de la vía puede situarse directamente al lado del río; en terraplén o si fuese necesario a media ladera.

La ventaja que este tiene es que satisface las necesidades de la región, ya que las industrias y poblaciones se encuentran cerca de ríos. La mayor desventaja que este tiene es que hay que construir una gran cantidad de obras de fábrica ya que con este tipo de trazado se atraviesan un gran cantidad de arroyos, y que en cause muy serpenteantes se aumenta la longitud del trazado. Ver en la figura 1.

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Figura 1.

Trazado por las divisorias de las aguas: Este se sitúa sobre la divisoria de las aguas. Este trazado se podría llamar como el ideal, ya que el movimiento de tierra resulta ser un mínimo y; además; disminuyen considerablemente los problemas de drenaje superficial. Ver figura 2.

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Figura 2.

Trazado perpendicular a la divisoria: Este tipo de trazado es el de mayor probabilidad de ocurrencia, presenta las ventajas de obtener un acortamiento del trazado y se pueden cumplir las especificaciones de diseño: aunque en terrenos muy ondulados y montañosos, a expensas de grandes movimientos de tierra. Ver figura 3.

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Figura 3.

Existen otros factores que influyen en el proyecto de una carretera dentro de los cuales se encuentran un gran número de estudios que condicionan o están condicionados por el trazado y el diseño geométrico. No existe un orden lógico en la ejecución de los diferentes estudios, pero algunos de ellos son indispensables para la ejecución de otros. Se debe tener en cuenta, además, que hay estudios básicos o indispensables que se deben llevar a cabo para demostrar la necesidad o viabilidad del proyecto y por ende deben de ser ejecutados completamente antes de iniciar los demás. Los estudios son:

  • Estudio de Tránsito, Capacidad y Niveles de Servicio: Este debe ser uno de los primeros estudios, el mismo se encarga de estimar los volúmenes de tránsito esperados en el momento de dar en servicio la vía y su comportamiento a lo largo de la vida útil de esta. Tiene dos finalidades: la rentabilidad de la vía y el diseño de pavimentos.

En cuanto al nivel de servicio se refiere a la calidad de servicio que ofrece la vía a los usuarios. Este nivel de servicio está dado principalmente por dos elementos: la velocidad media de recorrido y la relación (volumen / capacidad). A mayor velocidad mayor nivel de servicio y a mayor valor de la relación (volumen / capacidad) menor nivel de servicio.

  • Estudio de Señalización: Se refiere a la especificación y ubicación de las diferentes señales verticales, preventivas, informativas y reglamentarias; así como el diseño de las líneas de demarcación del pavimento.

  • Estudio de Geología para Ingeniería y Geotécnia: Sobre la ruta seleccionada o posibles rutas a tener en cuenta para el trazado de una carretera se debe realizar en estudio geológico con el fin de obtener la ubicación de posibles fallas o problemas de estabilidad que se puedan presentar durante o después de la construcción de esta.

Este estudio geológico comprende, además de la geología detallada a lo largo y ancho del corredor de la vía en estudio, información sobre la estabilidad de las laderas naturales, comportamiento de los cauces en cuanto a socavación y sedimentación, estudio de los sitios para fuentes de materiales y ubicación de los sitios para la disposición del material de corte.

  • Estudio de Suelos para el Diseño de Cimentaciones: Todas las estructuras a construir, puentes, muros, alcantarillas de cajón, etc., deben de tener su correspondiente estudio de suelos con el fin de diseñar la estructura más adecuada de acuerdo a la capacidad de soporte del suelo donde se va a cimentar.

  • Estudio de Estabilidad y Estabilización de Taludes: A partir de la altura y el tipo de suelo se define la inclinación de los taludes, de excavación y relleno. Para esto se deben realizar una serie de ensayos y estudios con el fin de determinar cuál es la máxima inclinación de modo que no haya problemas de estabilidad. A lo largo de una vía se pueden presentar diferentes tipos de suelos por lo que las inclinaciones pueden variar a lo largo de esta.

  • Estudio Geotécnico para el Diseño de Pavimentos: Dependiendo del tránsito esperado y su correspondiente composición, y de las condiciones del suelo de la subrasante se define, a partir de una serie de cálculos, cual debe ser el espesor y características de las diferentes capas que conforman la estructura del pavimento. Se debe tener en cuenta que a lo largo de una carretera estos espesores y características pueden cambiar.

  • Estudio de Hidrología, Hidráulica y Socavación: A lo largo del trazado de una carretera se requiere ubicar, diseñar y construir las obras de drenaje para que las diferentes corrientes de agua atraviesen la banca de tal forma que se garantice la estabilidad de esta y se tenga el mínimo efecto sobre el medio ambiente. La hidrología se encarga de estudiar el comportamiento, principalmente caudales y velocidades, de una corriente de agua a partir de parámetros como la topografía, vegetación, área, pluviosidad, etc.

Los estudios de socavación estudian el comportamiento del fondo de ríos y quebradas con el fin de evitar que las fundaciones, estribos y pilas, puedan sufrir alguna desestabilización debido a la dinámica de la corriente.

  • Estudio de impacto ambiental: Se encarga de determinar el impacto que pueda tener la construcción de una vía sobre el área de influencia de esta. Pero además de esto se debe de indicar cuáles son las medidas a tener en cuenta para mitigar o minimizar estos efectos. En la construcción de una carretera el movimiento de tierra, excavación y disposición, es uno de los principales problemas de orden ambiental. De igual forma la explotación de los diferentes materiales para su construcción debe llevar un plan o programa que minimice el daño ecológico.

A continuación se darán a conocer otra clasificación de los factores de diseño definitivo de una vía, estos pueden catalogarse como externos e internos.

Externos: Los factores externos corresponden a las condiciones preexistentes y de los cuales se deben obtener toda la información posible a fin de analizarlos y determinar algunas características importantes de la nueva vía.

Estos factores pueden ser:

  • Las características físicas (Topografía, geología, climatología, hidrología).

  • El volumen y características del tránsito actual y futuro.

  • Los recursos económicos de que se pueda disponer para su estudio, construcción y mantenimiento.

  • Los aspectos ambientales.

  • Los desarrollos urbanísticos existentes y previstos en la zona de influencia.

  • La calidad de las estructuras existentes.

  • Los peatones.

  • Tráfico de ciclistas.

  • La seguridad vial.

Internos: Por su parte los factores internos son aquellos que son propios a la vía pero que en parte dependen de los externos.

Estos factores son:

  • Las velocidades a tener en cuenta.

  • Las características de los vehículos.

  • Los efectos operacionales de la geometría.

  • Las características del tráfico.

  • Las capacidades de las vías.

  • Las aptitudes y comportamiento de los conductores.

  • Las restricciones a los accesos.

Conclusiones:

  • Con la realización de un análisis detallado del tráfico al que va estar sometido una carretera, este nos permitirá conocer la sección transversal de la vía y a su vez su importancia económica.

  • La realización de un trazado idóneo según las condiciones topográficas, traerá consigo un ahorro considerable en la construcción de la carretera, ya que los movimientos de tierra serán mínimos.

  • Los estudios básicos e indispensables que se deben lleva a cabo para realizar una carretera demostrarán la viabilidad y necesidad del proyecto.

Bibliografía

Cardenas, J. (2000). Diseño Geometrico de Vias. Segunda Edición. Bogotá.: Ecoe.

Olmedo, R. B. (1986). Proyecto de Carreteras. La Habana: Enpes.

Ospina, J. J. (2002). Diseño Geométrico de Vias. Medellín.

Vía., I. N. (1997). Manual de Diseño Geométrico para Carreterras. Bogotá.

 

 

Autor:

Ing. Henrry León Alonso.

Provincia: Cienfuegos.

Municipio: Cruces.


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