SEMANA 6

DISEÑO DE CURVA HORIZONTAL DE TRANSICIÓN

1.            GENERALIDADES

Una c arretera es un sistema de transporte que permite la circula ción de vehículos en condiciones de continuidad en el espacio y el tiempo y que requiere de cierto nivel de seguridad , rapidez y comodidad. Puede ser de una  o  varias  c alzadas, c ada calzada puede estar conformada por uno o varios c arriles y tener uno o ambos sentidos de circula ción, de acuerdo a los volúmenes en la demanda del tránsito,  la   c omposición  vehícular,                                                      su clasific a ción funcional y distribución direccional.

Al aumentar  día  a   día  la  pobla ción   mundial  se  incrementa  igualmente  la c antidad y uso del vehículo, creando la necesidad de construir, ampliar o mejorar las carreteras. Igualmente la evolución que en los últimos años han tenido los vehículos de transporte automotor, con c apacidad cada día  mayor y con velocidades más elevadas, junto con la importancia que hoy se brinda a la seguridad y economía de los usuarios y a la prote cción del entorno ambiental, imponen a las carreteras el cumplimiento de condiciones técnic as muy rigurosas.

El uso  de las  c arreteras tanto  para  el  transporte de pasajeros, así  c omo el  de c arga, se ha ido incrementando notoriamente en Colombia debido a varios

factores. Uno de ellos es la flexibilidad que éstas ofrecen en su utilización, otro, los

costos más bajos para cierto tipo de c arga y destino con respecto  a  otros sistemas de transporte. Si además se  observa  la falta de inversión y mantenimiento en otros sistemas de transporte, principalmente férreo y fluvial, que pueden llegar a ser más económicos, rápidos y seguros bajo ciertas condiciones, se entiende porque la preferencia de muchos usuarios por este medio.

Aún c on el auge de los últimos años, en nuestro país se hac e nec esario mejorar, tanto en c antidad como en c alidad, la red vial existente de modo que sea más eficiente cómoda y segura.

Se debe tener en cuenta además que la construcción de una carretera influye de manera importante en el desarrollo económico de una región, incrementando la producción y el c onsumo, disminuyendo c ostos mejorand o así la c alidad de vida de la pobla ción ubicada en la zona de influencia.

La e conomía colombiana presenta el problema de que los grandes centros de producción se encuentran alejados de los principales puertos, incrementando así los costos tanto en las materias primas como en los productos terminados, sean de importación o de exporta ción. Si a este inc onveniente se le suma el hecho de que las carreteras, que comunic an estos centros de producción con los puertos, no ofrecen las mejores condiciones en cuanto a velocidad, seguridad y comodidad, entonces no hay forma de que nuestros productos compitan con los mercados internacionales.

El hecho de que un país tenga  una  infraestructura  portuaria  adecuada  no signific a que el manejo de las diferentes c argas a exportar o importar se haga de la forma más ágil, segura y económic a; requiere entonces de una buena infraestructura vial que garantice que dicho sistema portuario funcione de  la forma más óptima y a la vez el costo de la carga  no se incremente  demasiado. Por lo tanto el sistema de transporte por carretera hace patente la necesidad de una red eficiente tanto para usuarios como para vehículos, dentro  de principios  de compatibilidad entre la oferta y la demanda.

En Colombia el diseño y construcción de c arreteras tiene diversos problemas dentro de los cuales se pueden nombrar los siguientes:

·         La falta de recursos económicos para llevar a c abo nuevos estudios, ejecutar los  diferentes  proyectos ya diseñados              y además garantizar un apropiado mantenimiento   a   las  c arreteras   existentes. Por  falta                                                  de un adecuado mantenimiento se deben destinar recursos  para rehabilitación de vías existentes que podrían utilizarse en nuevos proyectos.

·         Los problemas d e tipo geológico, geotécnico, ambiental e  hidrológico, que  son comunes en la topografía montañosa y esc arpada que presenta gran parte del territorio, principalmente en la zona andina que es la zona de más desarrollo.

·         El abandono estatal de que ha sido objeto los otros medios de transporte, férreo y fluvial principalmente, ha contribuido al deterioro acelerado de la red vial, incrementando además la a ccidentalidad y disminuyendo el nivel de servicio. En Colombia las vías principales presentan un alto volumen de tráfico pesado para lo cual no fueron concebidas.

·         La baja rentabilidad que pude ofrecer la construcción de una vía cuando se trata del sistema de concesión. Para acceder a este sistema se  debe garantizar cierto volumen  de tráfico  durante un  perío do d eterminado lo  que no es posible debido a que el parque automotor colombiano es muy bajo y  solo se presenta altos volúmenes por temporadas.

·         Reactivando el transporte férreo y fluvial y mejorando la red de carreteras es posible implementar un sistema de transporte multimodal, integrando en ciertos puntos los cuatro modos de transporte: férreo, fluvial, terrestre y aéreo. Con este sistema se disminuirían los costos de transporte y aumentaría la velocidad y la seguridad en el transporte de c arga principalmente.

En   la   actualidad,   principalmente  en    los    países  subdesarrollados,  se    ha implementado la construcción de c arreteras por el sistema de concesión, lo que ha permitido que dichos países mejoren su infraestructura vial  generando entonces un mayor desarrollo  económico y social. La no  ejecución a  tiempo de los proyectos de carreteras y vías urbanas necesarias, debido al crecimiento del

parque automotor, así como el aumento en los viajes debido al desarrollo económico de una región, acarrea una gran variedad de problemas como son el alto índice de a ccidentes, deterioración de las ciudades, congestión elevada y contaminación ambiental.

El transporte por c arretera, tanto de c arga como de pasajeros, ha demostrado que es más económico para distancias cortas debido a su flexibilidad y además porque no necesita transporte complementario, mientras que los otros medios, en

la mayoría de los c asos, requiere de la misma  c arretera como transporte complementario. Como integrantes del "sistema de transporte" las carreteras

forman parte de la infraestructura económica de un país y contribuyen a determinar su desarrollo; e intervienen en planes y programas a través de los proyectos. Estos, por tanto, deben responder a un  c ontexto  general  de  orden m acroeconómico, el modelo d e desarrollo, para m aximizar su contribución al progreso del país.

Debido a las altas inversiones necesarias para la ampliación o mejoramiento de la malla vial de una ciudad, ocasionadas principalmente por los costos de la tierra y el impacto social que esto a carrea, a obligado que se tomen algunas medidas restrictivas a la circulación de los vehículos en muchas ciudades del mundo o también a la crea ción de sistemas de transporte masivo.

En Colombia tenemos varios casos de restricción vehicular, principalmente en ciudades como Bogotá y Medellín.  A nivel mundial muchas ciudades ya presentan altos grados de congestión y contamina ción ambiental y debido a esto parece que la tendencia es disminuir el trafico vehicular en las zonas urbanas, aunque en la a ctualidad este aún este aumentando.

Aun así la c onstrucción de c arreteras c onlleva a considerar muchos 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 genera ción de residuos, alternativas de tratamiento o reaprovechamiento, las emisiones gaseosas o particuladas, la c ontaminación del suelo y nivel freátic o, la deforestación, los programas de prevención de a ccidentes, la evaluación de riesgos y de impactos socioe c onómicos. Todo esto lleva a la pregunta de que tan benéfico es para la pobla ción mundial el aumento del transporte por c arretera, en lugar de darle más desarrollo o importancia a otros sistemas de transporte que tendrían un menor impacto ambiental y social que una carretera.

El avance tecnológico en los últimos años y su influencia en el desarrollo automotriz a obligado a estar modificando los diferentes parámetros de diseño de

c arreteras. No solo las altas velocidades, sino las dimensiones de los vehículos, unos más pequeños y otros más grandes y pesados influyen directamente en aspectos como el ancho de calzada y bermas, radios de curvatura mínimo, distancias de visibilidad, c apacidad de soporte de la subrasante y de materiales

pétreos, diseño de pavimentos, puentes y obras de drenaje, pendientes máximas, semaforiza ción, rediseño de intersecciones, etc.

Aunque en Colombia se esta trabajando desde ha ce unos pocos años el sistema de concesión, el desarrollo de la infraestructura vial ha sido muy lento. El costo de una c arretera por este sistema esta distribuido inicialmente en aportes del estado, financia ción del c oncesionario y en algunos c asos valoriza ción. El c oncesionario recupera la inversión por el cobro de peajes, que en la mayoría de los c asos es demasiado alto con respecto al costo de un peaje de una  vía  pública  o  el número de peajes se incrementa con respecto a los existentes con anterioridad.

Esto ha ocasionado graves problem as de tipo social, ya que los usuarios se niegan a pagar el costo de los peajes, no permitiendo que este sistema funcione de la manera más adecuada, en parte porque al usuario no se le brindan la opción de elegir otra alternativa o ruta alterna que le permita comparar la calidad del

servicio que se presta y verific ar que el costo de su uso es el apropiado. Además de a cuerdo a las normas del Instituto Nacional de Vías la etapa operacional para una vía en concesión comienza desde su misma adjudicación o sea  que  el usuario debe pagar el c osto del peaje mucho antes de obtener una mejora ostensible en el servicio que recibe.

En Colombia la densidad de c arreteras pavimentadas por habitante o  por Km                                                                                                                               2 es muy baja con respecto a muchos países subdesarrollados. En la actualidad

Colombia adolece de varias vías importantes, que formen una red nacional

fortaleciendo el desarrollo ec onómico. Para poder llegar a un óptimo desarrollo vial se podría hablar de cuatro estrategias básic as:

·         Aliviar la pobreza mediante la inversión en infraestructura vial: La industria de la c onstrucción, en general, es una de las mayores fuentes de empleo, además con una óptima red vial el transporte de los productos, principalmente agrícolas, tendrá una menor incidencia en el precio final de estos.

·         Comunic ar eficientemente las regiones, los centros de consumo y los puertos: Aún después de muchos años el transporte de c arga y pasajeros debe transitar c arreteras con especific a ciones muy pobres o que presentan sectores que generan grandes pérdidas a la economía nacional.

·         Aumentar el grado de integra ción c on otros modos de transportes: Algunos puntos del territorio nacional presentan una ubicación estratégica que permitirían adelantar proyectos de transferencia multimodal haciendo más eficiente, e conómico y seguro el manejo de carga entre los diferentes modos de transporte(aéreo, vial, fluvial y férreo).

·         Fortalecer las fuentes de recursos para la inversión en infraestructura: El gobierno colombiano día  a  día  dispone  de  menos recursos  para invertir  en c arreteras y se limita a proponer proyectos por concesión y realizar diseños que nunca se llevan a cabo.

2.                PROYECTO DE UNA CARRETERA

2.1        TIPOS DE PROYECTO

En carreteras existen cinco tipos de proyectos de acuerdo a las actividades que involucra. Estos proyectos son:

2.1.1     Proyecto de Construcción. Comprende el conjunto de todas las obras que se presentan en un proyecto de c arreteras. Se trata de un proyecto donde no existe ninguna vía o se va a continuar una  ya existente. Para  el Instituto Nacional de Vías se trata de un proyecto cuya longitud sea mayor al  30%  de  la  vía existente. Las a ctividades principales, entre otras, son:

·         Desmonte y limpieza

·         Explana ción

·         Obras de drenaje (alcantarillas, pontones, cunetas, etc.)

·         Subbase, base y capa de rodadura

·         Tratamientos superficiales o riegos

·         Señalización vertical

·         Demarc ación lineal

·         Puentes

·         Túneles

·         Obras de c ontención (muros, gaviones)

2.1.2     Proyectos  de  Mejoramiento.     Se  trata   de modific ar la geometría y dimensiones originales de la vía c on el fin de mejorar su nivel de servicio y adecuarla a las condiciones requeridas por el tránsito actual y futuro. Comprende tres tipos de trabajos que son: amplia ción, rectifica ción y pavimenta ción.

La ampliación se puede hac er sobre la c alzada existente, también se puede tratar de la construcción de bermas o ambas a ctividades. La rectificación se refiere a el mejoramiento del alineamiento horizontal y vertic al con el fin de garantizar una velocidad de diseño adoptada. La pavimenta ción  corresponde a el diseño y construcción de la estructura de pavimento. Este tipo de proyecto requiere de diseño geométrico y las a ctividades principales son:

·         Ampliación de c alzada

·         Construcción de nuevos c arriles

·         Construcción de bermas

·         Rectificación (alineamiento horizontal y vertical)

·         Construcción de obras de drenaje y sub-drenaje

·         Construcción de estructura del pavimento

·         Estabiliza ción de afirmados

·         Tratamientos superficiales o riegos

·         Señalización vertical

·         Demarc ación lineal

·         Construcción de afirmado

2.1.3       Proyectos  de  Rehabilitación.     Se  refiere    a   la  recuperación          de las c ondiciones iniciales de la vía de tal forma que se cumplan las especific aciones técnicas  con  que  fue  diseñada  inicialmente.          Comprende, entre  otras, las siguientes a ctividades:

·         Construcción de obras de drenaje

·         Recupera ción de afirmado o capa de rodadura

·         Reconstrucción de sub-base y/o base y/ o c apa de rodadura

·         Obras de estabiliza ción

2.1.4       Proyectos  de Mantenimiento Rutinario.     Se puede realizar tanto en vías pavimentadas como no pavimentadas. Se refiere a la conservación permanente

(a intervalos menores de un año) de las zonas laterales, y a intervenciones de emergencias en la c arretera, con el fin de mantener las condiciones óptimas para

la circulación segura de vehículos en la vía. Las principales a ctividades de éstas son:

·         Remoción de derrumbes

·         Rocería

·         Lim pieza de obras d e drenaje

·         Reconstrucción de cunetas

·         Rec onstrucción de zanjas de c oronación

·         Repara ción de baches en afirmado y/o parcheo en pavimento

·         Perfilado y c ompactación de la superficie

·         Riegos d e vigorización d e la capa d e rodadura

·         Limpieza y reparación de señales

2.1.5       Proyectos    de    Mantenimiento    Periódico.      Este    se    realiza     en vías pavimentadas  y  en  afirmado.  Comprende la realiza ción de a ctividades de

conserva ción  a  intervalos variables, relativamente  prolongados                                                             (3 a 5 años), destinados  principalmente  a recuperar el                      deterioro de la c apa de rodadura

ocasionados por el tránsito y por los efectos del clima, también puede comprender la construcción de algunas  obras de drenaje menores y de protección faltantes en la vía. Las principales a ctividades son:

·         Reconformación y recuperación de la banca

·         Limpieza mec ánic a y reconstrucción de cunetas

·         Esc arific ación del material de afirmado existente

·         Extensión y c ompactación de material para recuperación de los espesores de afirmado iniciales

·         Reposición de pavimento en algunos sectores

·         Reconstrucción de obras d e drenaje

·         Construcción d e o bras de protección y drenaje menores

·         Demarc ación lineal

·         Señalización vertical

2.2        ALCANCES DE LOS ESTUDIOS

Un proyecto de carreteras involucra un  grupo interdisciplinario  de  profesionales, así mismo una gran número de estudios que c ondicionan o están c ondicionados 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 c abo para demostrar la necesidad o viabilidad del proyecto y por ende deben de ser eje cutados  completamente antes de iniciar los demás. Los estudios son:

2.2.1       Estudio de Tránsito, Capacidad y Niveles de Servicio. Debe ser una de los primeros estudios, principalmente cuando se trata de vías que serán construidas o

mejoradas por el sistema de concesión. El estudio de tránsito se enc arga 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. De acuerdo a los volúmenes esperados se puede determinar el tiempo de la concesión, el costo del peaje y la tasa de retorno de la inversión.

El nivel de servicio se refiere a la c alidad de servicio que ofrec e la vía a los usuarios. Este nivel de servicio esta dado principalmente por dos elementos: la velocidad media de recorrido y la relación volumen / c apacidad. A mayor

velocidad mayor  nivel  de  servicio  y  a  mayor  valor  de  la  relación  volumen  / c apa cidad menor nivel de servicio.

2.2.2     Estudio de Señalización. Se refiere a la especificación y ubic a ción de las diferentes señales vertic ales, preventivas, informativas y reglamentarias; así como el diseño de las líneas de demarcación del pavimento.

2.2.3     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 ubic ación 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 c orredor de la vía en estudio, información sobre la estabilidad de las laderas naturales, comportamiento de los cauces en cuanto a socavación y sedimenta ción, estudio de los sitios para fuentes de materiales y ubica ción de los sitios para la disposición del material de corte.

2.2.4     Estudio de Suelos para el Diseño de Fundaciones.    Todas las estructuras a construir, puentes, muros, alcantarillas de c ajón, 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

fundar.

2.2.5     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 exc ava ción y relleno. Para esto se deben realizar una serie de ensayos y estudios c on el  fin  de determinar cual es la m áxim a inclinación de modo que no haya problem as de estabilidad. A

lo largo de una vía se pueden presentar diferentes tipos de suelos por lo que las inclina ciones pueden variar a lo largo de esta.

2.2.6     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 y tanteos, cual

debe ser el espesor y c aracterísticas de las diferentes c apas que conforman la estructura  del pavimento.  Se   debe  tener  en   cuenta  que  a  lo  largo  de  una c arretera estos espesores y c ara cterístic as pueden c ambiar.

2.2.7     Estudio de Hidrología, Hidráulica y Socavación.     A lo largo del trazado de una c arretera 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  enc arga   de  estudiar  el   c omportamiento,   principalmente c audales y velocidades, de una corriente de agua a partir  de parámetros como  la topografía, vegetación, área, pluviosidad, etc. Este estudio se realiza en base a planos de restitución a una escala adecuada y sobre los cuales se loc alizaran tanto la vía proyectada como las diferentes estaciones hidrometeorológic as e hidrográficas ubicadas en las diferentes cuenc as a estudiar.

Con el caudal, altura y velocidad obtenidas para c ada una de las corrrientes que atraviesan el proyecto y de a cuerdo a las condiciones físicas del sitio, la hidráulica se encarga de determinar el tipo, form a y tam año de la obra nec esaria.

Los estudios de soc ava ción se deben adelantar en los diferentes ponteaderos que requiere  la c arretera. Se debe estudiar el  comportamiento del fondo de ríos y quebradas con el fin de evitar que las fundaciones, estribos y pilas, puedan sufrir alguna desestabiliza ción debido a la dinámica de la corriente.

2.2.8     Estudio Estructural para el Diseño de Puentes.   Comprende el cálculo de las dimensiones, c antidad de refuerzo y sistema c onstructivo  de las diferentes estructuras  que  conforman  un  proyecto  de  carreteras.  Estas estructuras son principalmente puentes y muros.

2.2.9     Diseño   geométrico.     Se    enc arga     de    determinar     las            característic as geométricas de una vía a partir de factores como el tránsito, topografía,

velocidades, de modo que se pueda  circular de una manera cómoda y segura. El diseño geométric o de una c arretera está com puesto por tres elementos bidimensionales que se ejecutan de manera individual, pero dependiendo unos de otros, y que al unirlos finalmente se obtiene un elemento tridimensional que corresponde a la vía propiamente. Estos tres elementos, que se muestran en la Figura 1, son:

-          Alineamiento horizontal: compuesto por ángulos y distancias formando un plano horizontal con coordenadas norte y este.

-          Alineamiento vertic al: compuesto por distancias horizontales y pendientes dando lugar a un plano vertical con abscisas y cotas.

-         Diseño transversal: c onsta de distancias horizontales y vertic ales que a su vez generan un plano transversal con distancias y cotas.

Figura 1. Componentes del diseño geométrico

2.2.10    Estudio de impacto ambiental . Se encarga d e d eterminar el impacto que pueda tener la construcción de una vía sobre el área de influencia de esta. Pero además de esto se debe de indic ar cuales 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 ecológic o.

2.2.11    Estudio de prefactibilidad de valorización.  Muchos de los  proyectos  de  c arreteras que se adelantan en nuestro país se llevan a cabo por el sistema de

valoriza ción. Aún cuando se trate de una construcción por concesión  buena parte de los recursos son obtenidos por este sistema. Este estudio se encarga de determinar si los propietarios de los predios dentro del área de influencia del proyecto tienen la        c apa cidad económic a de financiar este y cual sería la cuantía. Esta cuantía se determina normalmente de acuerdo al área, tipo de predio y su ubic a ción con respecto a la vía.

2.2.12    Estudio Predial. Para cada uno de los predios que son afectados por la construcción de una c arretera se debe de elaborar una ficha predial. Esta ficha debe contener el nombre del propietario, el  tipo  de predio, el  área construida, total y afectada, etc. Esta información debe ser recopilada con la debida

anticipación para adelantar la correspondiente negocia ción con cada uno de

los propietarios de modo que en el momento de la construcción no se tengan tropiezos.

2.2.13    Evaluación Socioeconómica.      Todo proye cto de ingeniería no siempre representa, para cierta parte de la pobla ción, beneficios o mejoras en la calidad

de vida. Aunque lo que se pretende es que esto suceda, se debe evaluar si la  obra a construir realmente beneficia a la pobla ción ubicada en la zona de influencia y si este beneficio es significativo con respecto a los recursos que se invierten. En otras palabras, se debe de  determinar la relación  beneficio  costo con el fin de justific ar la inversión. Se debe tener en cuenta que los beneficios de una obra no siempre son tangibles como por ejemplo la disminución en el grado de ruido o c ontaminación, la accidentalidad, etc.

2.2.14    Estudio para Pliego de Condiciones, Cantidades de Obra y Análisis de Precios Unitarios.  Luego de realizar todos los diseños y estudios que comprende un proyecto de c arreteras se debe obtener, con cierto grado de aproximación, la cantidad de obra como de materiales de cada uno  de los ítems  que lo

conforman. Posteriormente se calcula para c ada ítem el costo unitario y luego, a partir de c ada uno de estos, el costo total de la obra. Se debe  especific ar además cuales son las condiciones generales de construcción, especific aciones de algunas a ctividades especiales, tiempo de ejecución, etc.