1. SCI
VI JORNADAS DE PAVIMENTOS Y MANTENIMIENTO VIAL, EL I FORO
DE CAMINOS Y EL I FORO DE DOBLES CALZADAS
BOGOTÁ D.C. COLOMBIA, 2,3 Y 4 DE NOVIEMBRE de 2011-08-09
DISEÑO RACIONAL DE CARRETERAS.
Miguel Vallés Ruiz
Director General de TOOL S.A.
C/Valentín Beato 24: Madrid – España: mvalles@tool.es
y
Antonio López Rodríguez
Ingeniero Consultor.
Director y Proyectista.
Proyectos Viales.
Bogotá: alopez415@yahoo.es
RESUMEN
Se analizan los distintos modelos de terrenos que dispone el proyectista para realizar un diseño de
una obra de carretera, ferrocarril, canal o urbanismo, así como su interpretación mediante
tratamiento de ortofotos de todo tipo y grandes volúmenes. Se exponen los criterios más modernos
de mecanización de la geometría en planta, perfil y sección transversal, así como de eficiencia en la
organización del proyecto geométrico. Por último se exponen criterios de emisión de resultados. Se
plantean numerosos aspectos de interactividad de gran utilidad en el diseño.
ABSTRACT
It discusses the various models of land available to the designer to make a design of a piece of road,
rail, canal and urban, and its interpretation by treating all kinds of orthophotos and high volumes. It
sets out the criteria of modern mechanization of geometry in plan, profile and cross section, as well
as efficiency in the organization of the project geometry. Finally sets emission performance
standards. Raised many aspects of interactivity useful in the design.
PALABRAS CLAVE: Software Carreteras, Proyecto Carreteras, Diseño Carreteras
1

2. DISEÑO RACIONAL DE CARRETERAS.
INTRODUCCIÓN.
El diseño de carreteras requiere herramientas acordes a los requisitos modernos del
tratamiento de la información. La antigua forma de proyectar tratando independientemente la planta
del perfil longitudinal, o bien otras formas, como proyectar por poligonales o vértices que pueden
ser válidas para terrenos llanos u ondulados como ocurre en países como Estados Unidos de Norte
América, se ve superada al disponer de sistemas más avanzados que permiten mover la geometría
con gran soltura en terrenos montañosos o accidentados, como son la mayoría de los que nos
encontramos en Colombia, así como con capacidad de organizar la información con el adecuado
rigor.
Todo ello se traduce en proyectos más rentables, menos costosos, más seguros y respetuosos
con el entorno, realizados en un menor tiempo.
CRITERIOS GENERALES.
La modelización es una de las aportaciones más importantes a la fase de diseño de una
infraestructura, ya que constituye el soporte sobre el que se proyecta y sobre el que se toman
numerosas e importantes decisiones.
A pesar de que durante años los profesionales experimentados del sector han construido
infinidad de carreteras con buenos trazados, dichos expertos siempre tendrán la duda de haberse
dejado alguna otra posible solución sin estudiar, debido, no a su falta de experiencia o capacidad,
sino a las limitaciones de tiempo y medios empleados.
En ese sentido la informatización del proceso de diseño de carreteras pretende establecer un
modelo geométrico que permita optimizar de forma simultánea los numerosos aspectos a tener en
cuenta, entre los que se destacan:
• Funcionalidad, consiguiendo una adecuada movilidad y tiempos de recorrido coherentes
con el volumen y tipo del tráfico. Para ello es necesario considerar, entre otros factores
limitativos, los distintos condicionantes de paso: orografía, geología, asentamiento
urbanos, etc.
• Seguridad. Premisa básica del diseño.
• Comodidad y percepción de armonía y estética desde el punto de vista del conductor.
• Integración con el entorno, respetando el medio ambiente al tener en cuenta los
condicionantes existentes, ubicación e importancia.
• Adaptación al terreno, cuyo cumplimiento repercute de forma muy directa en el costo y el
medio ambiente.
• Permeabilidad transversal en todos los sentidos: hídrica, agrícola, territorial, faunística, etc.
• Adaptabilidad a las condiciones del futuro, también llamada elasticidad de la solución
final.
• Coste, que debe intentar ser mínimo tanto en la primera inversión como en las fases de
conservación y explotación.
• Etc.
Para llegar a la mejor solución es necesario evaluar la variación de todos estos aspectos ante
el cambio de cualquier elemento geométrico del trazado.
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3. Algunos, como es el coste, se pueden determinar de forma directa e individual por estar
sujetos a mercado, pero otros no. Para estos últimos casos el único método de análisis del que se
dispone es el conocimiento de cuánto estamos dispuestos a favorecer un factor en detrimento de
otro. La búsqueda de la relación de compromiso que satisfaga nuestras necesidades requiere
diseñar, modelar y valorar cada situación propuesta.
Así pues, la toma de decisiones tiene tres componentes básicas:
• Conocimiento de las características e importancia de cada aspecto.
• Dominio de las técnicas de diseño geométrico, de forma que, haciendo un rápido cambio
del trazado, se facilite el análisis del resultado con la adecuada agilidad.
• Responsabilidad en la toma de decisiones.
Pero para llevar a cabo esto sin poner en riesgo los objetivos requeridos es necesario disponer
de la adecuada estructura económica y de medios.
La responsabilidad en la toma de decisiones corresponde en gran parte al equipo que diseña, y
en la mayoría de los casos recae en una única persona. Sin embargo, existen ciertas decisiones de
tipo técnico/político que se salen del alcance del diseñador. Éste, ante dichas circunstancias, debe
limitarse a informar de las particularidades técnicas de las distintas soluciones para que un
responsable ajeno y experto en ese ámbito técnico/político decida en aquellos aspectos propios de
su competencia. Ese responsable debería trabajar con todas las soluciones posibles, estudiadas
previamente por el equipo que diseña. Algunos ejemplos que manifiestan la importancia de la
separación de atribuciones son la relación entre medio ambiente y costo o la vinculación con
políticas de asentamiento y uso del suelo.
En esta ponencia nos referiremos exclusivamente a la primera componente, es decir a los
aspectos relacionados con las técnicas del diseño. Para ello se hace necesario exponer qué es un
modelo de una obra lineal y cómo debe ser explotado por una herramienta de diseño, cuya adecuada
concepción puede tener una importancia clave en el resultado final del diseño.
3

4. Una obra lineal está constituida por uno o varios modelos de ejes, en donde algunos pueden
tener características globales y comportamientos muy distintos. Así pues, en el proyecto de una
carretera pueden aparecer ejes cuyas características sean las propias de un ferrocarril, canal o
encauzamiento, sección urbana, túnel, etc.
El cualquier caso, el modelo de cada eje está formado por el conjunto de:
• Geometría de la planta.
• Geometría del perfil longitudinal.
• Geometría de la sección transversal.
• Uno o varios modelos de terreno a partir de los cuales se obtienen perfiles transversales en
secciones que permitan un control adecuado del mismo. Estos perfiles pueden ser
adquiridos directamente de campo, lo que constituyen de por sí un modelo del terreno.
Hasta hace pocos años la geometría en planta de un trazado se diseñaba y materializaba
directamente en campo, disponiendo de referencias en los vértices de las alineaciones rectas y
encajando alineaciones circulares con curvas de transición, según los retranqueos establecidos en
las correspondientes tablas. En dicha fase se definían los puntos singulares de la geometría en planta
y, ya que se materializaban sobre el terreno (labor que requería su esfuerzo y dedicación), se
tomaban perfiles en los mismos, además de los requeridos en otros puntos, donde se estimaba que
cambiaba el terreno o la rasante. Un cambio en el trazado podía suponer la repetición de todo el
proceso. En el terreno quedaba directamente plasmada la información de la geometría en planta y en
gabinete se establecía o modificaba el perfil longitudinal desarrollado sobre un plano vertical que
pasaba por el eje y los perfiles transversales que se cubicaban utilizando la fórmula del prismatoide
según fuese su forma para obtener unos volúmenes del movimiento de tierras que permitiesen
contratar las obras.
Hoy día, este proceso ha cambiado de forma radical. El diseño con herramientas modernas
consiste en definir los parámetros más adecuados de los elementos que constituyen el modelo para
satisfacer los anteriores objetivos dando respuesta a dos enfoques claramente diferenciados:
• Llegar a la mejor solución, labor mucho más rápido de obtener con respecto a la forma de
trabajar en campo.
• Obtener unos documentos alfanuméricos y gráficos necesarios para poder contratar y
construir. Hoy en día este aspecto se consigue, como se suele decir, “dando a un botón” en
el ordenador.
Actualmente, las técnicas de adquisición de datos y de diseño permiten analizar numerosas
soluciones a un mismo problema a través de los perfiles transversales obtenidos de un modelo del
terreno en el gabinete, donde los cambios de trazado se realizan con enorme rapidez. Además, ya no
tiene sentido obtener los perfiles en los puntos singulares, puesto que un punto singular no deja de
4

5. ser un artificio de cálculo y no es una característica del terreno que deba estar reflejada en el
modelo.
Para llegar a la mejor solución es necesario estudiar todas las posibles. Muchas son
obviamente desechables, por lo que no es necesario mecanizar modelo alguno, y otras precisan
mover su geometría con gran soltura, proceso poco obvio que en la mayoría de los casos requiere un
dominio de esta, así como una adecuada herramienta informática que asista eficientemente al
proyectista. Es muy frecuente menospreciar la eficiencia de la herramienta informática en este
sentido frente a que permita hacer cualquier cosa por innecesaria que sea, desvirtuando el concepto
de potencia de una aplicación.
Los documentos alfanuméricos y gráficos necesarios para poder contratar y construir
constituyen un subproducto de la explotación del modelo. Es preciso tener muy claro para qué
sirven los documentos que se presentan en los proyectos y cuál debe ser su contenido. Muchas
veces el empeño en presentar la información bajo los mismos criterios que los utilizados en la
antigua forma de proyectar en campo genera una voluminosa y costosa información adicional que
no tiene aplicación alguna ni para la contratación de las obras ni para su construcción. Pero dar
respuesta a este problema es un tema propio de otra conferencia.
Según sea la fase del diseño, la validez y alcance de las decisiones que se toman deben estar
en concordancia con la precisión de los resultados obtenidos.
El estudio de la solución más adecuada se debe realizar haciendo la inversión mínima
necesaria para que los datos requeridos permitan establecer una aproximación a la realidad
coherente con el nivel de decisiones a tomar.
Un buen diseño no sirve para nada si el modelo en que se ha basado no responde a la
precisión exigida, si se queda corto, y es un despilfarro de medios y de tiempo de proceso si se
incrementa la precisión sin necesidad.
Es necesario, por tanto, tener un conocimiento de lo que es el modelo de una obra y de las
ventajas e inconvenientes de los distintos modelos parciales que intervienen en el general. También
es importante dominar las distintas formas de adquisición de datos, entre los que se encuentran los
relacionados con el terreno, la cartografía, la geología, etc .
Un proceso normal del proyecto geométrico consiste en que el proyectista realiza un diseño
de una parte o del conjunto del trazado, lo modeliza con un programa informático acorde al
5

6. problema que pretende resolver y, mediante la respuesta del sistema, evalúa el resultado para volver
a modificar el diseño. Este procedimiento será repetido hasta encontrar la solución más adecuada.
En lo que a la precisión de los datos se refiere, las iteraciones en el diseño deben llegar hasta
que no exista distinción entre dos tanteos consecutivos. A su vez, esta precisión se establece en
función del nivel de decisiones que se pretenden adoptar, es decir, en función de la fase de diseño
en que se esté. Con esta forma de trabajar se facilita la toma de decisiones de todo tipo, incluso
cuando se ponderan factores no sujetos a mercado en relación con los que lo están, al dar respuesta
a la pregunta de cuánto estamos dispuesto a favorecer un factor en detrimento de otro.
En este proceso, cuando al diseñador se le presenta una duda de trazado debe mecanizar el
modelo que la defina. Por ello la rapidez en su generación es importante para no perder la
sincronización entre la modificación efectuada y el resultado obtenido. Según este principio, el
programa de diseño debe facilitar la modelización y evaluación, haciendo grato el proceso. Es de
desear que la aplicación informática combine a la perfección eficiencia y sencillez de manejo. En
caso contrario, el diseño se hace dependiente de la aplicación informática y de sus limitaciones,
dedicando el proyectista su esfuerzo a otros aspectos que perjudican su trabajo específico de diseño.
Con ello se llega a que el que maneja el programa acaba siendo un mero operador del mismo,
siendo otra persona externa, normalmente su jefe, la que dice por donde debe ir el trazado. Esta
forma de trabajar provoca la generación de proyectos muy poco estudiados.
En lo que sigue se exponen las peculiaridades de los distintos modelos de terreno, indicando
las características de cada uno en cuanto a su utilidad para el diseño de una obra lineal según sea la
fase en que se esté, y las características más relevantes para que el tratamiento de la geometría
permita emular cualquier circunstancia, haciendo que el cambio del diseño sea ágil. Por último se
analizan las respuestas exigidas al modelo para obtener decisiones prácticas y eficientes.
MODELOS DE TERRENO.
Con la información cartográfica como soporte del diseño, el proyectista actúa de numerosas
formas. Según sea la fase del diseño podrán ser distintos los requerimientos exigidos al modelo que
representa el terreno.
6

7. En esencia un modelo de terreno consiste en un sistema de almacenamiento y gestión de datos
que permite obtener la cota de un punto de coordenadas X, Y dadas.
Un modelo será más preciso cuanto más próximo esté a la información real del terreno. Se
debe diferenciar la precisión que es función de la toma de datos de la que es propia del modelo
empleado.
Los modelos que se emplean en ingeniería son los siguientes:
• Mallas.
• Puntos.
• Líneas.
• En Banda o de Perfiles.
• Triángulos.
Aunque existen otros poco explotados o en investigación, todos los mencionados se pueden
emplear en una u otra fase del diseño, por lo que a continuación se hace una breve exposición de los
mismos.
El modelo en malla consiste en la definición de las cotas del terreno en una retícula ortogonal
de incrementos en X e Y constantes.
Es de muy rápida explotación y no requiere más almacenamiento que el del atributo que lo
identifica, que es su cota.
Su explotación admite distintos algoritmos en función de la precisión requerida: puntuales,
parabólicos, polinómicos, etc.
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8. Tratado de forma eficiente por una herramienta informática permite velocidades de proceso
prácticamente instantáneas en superficies de actuación muy elevadas, como puede ser un huso
completo de cualquier país. Así pues, en los ejemplos que se presentan se trata todo el modelo de
España con cotas cada 20 metros con precisión propia de una escala 1/25.000, o cada 5 m de una
amplia región y escala 1/10.000, de forma instantánea. La explotación de este modelo permite
visualizar las líneas de nivel, obtenidas por interpolación polinómica, de forma inmediata según sea
la escala de visualización, así como obtener los perfiles transversales para cualquier intervalo y
ancho de banda.
El modelo en malla se superpone con el tratamiento de ortofotos de la misma extensión, pero
con resoluciones de 0,5 metros/pixel. Esta técnica es muy empleada para la generación de
soluciones en los estudios de prefactibilidad en sus fases 1 y 2. El volumen de información de la
ortofoto del ejemplo que se presenta, (toda España referida al huso 30) tiene una ocupación de 701
GB y es cargada y explotada con un ordenador personal de tan solo 4 GB de memoria RAM de
forma instantánea.
El modelo de puntos consiste en que la cota se asigna mediante un algoritmo que se complica
más cuanto más fiabilidad se requiere.
Una de sus más destacadas aplicaciones consiste en la explotación de datos obtenidos a partir
de láser escaner o sistema Lidar.
Con los datos obtenidos mediante láser escaner en túneles, los puntos, que pueden estar
separados unos tres centímetros, se proyectan sobre el perfil deseado, empleando filtros
específicamente adecuados que permiten su explotación y evaluación.
Otra aplicación de este modelo es la empleada en la generación de las capas de estratos
geológicos por ponderación de las cotas definidas en las catas o sondeos próximos, de forma
inversamente proporcional a la distancia a la que se encuentran del punto considerado.
En el modelo de líneas o alámbrico el terreno se identifica por líneas tridimensionales. Para
conocer las cotas del terreno en los puntos situados fuera de las mismas es necesario emplear un
algoritmo de interpolación entre ellas. Estos modelos, resultados típicos del almacenamiento digital
de la restitución fotogramética, se suelen complementar con puntos sueltos y líneas interpoladas
entre los puntos y las existentes.
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9. Sin ningún tipo de dudas es el que mejor representa gráficamente el terreno por el
procedimiento de los planos acotados, y el mejor para personalizar los elementos existentes en el
terreno.
La perfección del modelo sólo depende de la precisión con que se tomen los datos, ya que
estos son fácilmente identificables, y es posible localizar con mayor facilidad los accidentes del
terreno.
A través de un modelo de líneas adecuadamente obtenido en campo se pueden generar
perfiles transversales del terreno con la misma precisión que si se hubiesen tomado directamente,
con la ventaja de que ante cualquier variación del eje no es necesario volver al campo.
El modelo alámbrico tiene como pequeño inconveniente que los procedimientos para extraer
toda la precisión en la obtención de las cotas requieren la intervención del usuario, que debe
revisarlos y completarlos. Esto se consigue, con muy poco esfuerzo, teniendo en cuenta la dirección
de la adquisición de datos del modelo principal. Es decir, que la mejora del modelo depende de la
situación del eje, por lo que será el proyectista quien complemente la información en función de la
ubicación del eje sobre la cartografía.
El modelo de líneas es un producto de la cartografía restituida, una de las técnicas más
empleadas para realizar levantamientos del terreno allí donde las razones socio-políticas, de
vegetación y de reducción del plazo y del costo se presenten.
Entre las grandes ventajas de la cartografía restituida, además de ser una solución sencilla,
segura y cómoda, figura la obtención de unos fotogramas que reproducen cualitativamente, con
todo detalle, las características y problemática del terreno atravesado. Estos fotogramas pueden ser
incluso utilizados para trazar sobre ellos de forma aproximada, localizar obstáculos y planificar su
levantamiento adicional si fuera necesario, como pueden ocurrir en los puntos de conexión del
trazado con carreteras existentes.
En la producción de un modelo de líneas se permite la integración de datos tomados de campo
con mayor precisión. La restitución permite la utilización de las técnicas de ortofotografía y la
interpretación fotogeológica, fundamentalmente a través del color.
Las precisiones obtenidas en zonas donde exista poca vegetación son suficientemente válidas
para su empleo en el diseño de carreteras en la fase de proyecto constructivo.
El fabricante de una cartografía normalmente la suministra en un soporte informático. En la
actualidad para no tener que depender de ninguna firma comercial y evitar los constantes problemas
que se presentan en el traspaso de la información empleando formatos como DWG y DXF de
Autodesk o DGN de Bentley, por citar algunos, se está generalizando en todo el mundo el formato
de intercambio LANDXML. Este formato, soportado ya por numerosos programas, es neutro,
elimina informaciones propias de la explotación por un determinado fabricante, y permite
identificar cualquier información sin estar supeditado a los cambios de versión de los programas
comerciales, puesto que se presenta en ASCII.
El modelo en banda o de perfiles resuelve el defecto de los modelos en malla que los hace
muy sensibles a las superficies irregulares, como es la banda correspondiente a un trazado de obra
lineal que no discurra a lo largo de una única recta.
Consiste en la implementación de un eje con perfiles a distancias equidistantes, en donde el
terreno se representa optimizando el número de puntos necesarios, con lo cual el volumen de
9

10. almacenamiento disminuye notablemente con respecto a una malla de paso fijo. Es decir, consiste
en la explotación de los datos del terreno que se disponen en cualquier proyecto, ejes y perfiles
transversales.
La obtención de la cota de un punto de coordenadas dadas, interior a la banda que define el
modelo, se realiza mediante un algoritmo de interpolación en los sentidos longitudinal y transversal
a la traza. El modelo de perfiles tiene la ventaja de que el algoritmo de interpolación polinómica
sólo es necesario aplicarlo en la dirección del eje del modelo, ya que en la otra, la interpolación
lineal es adecuada, por tratarse de perfiles transversales.
La precisión depende exclusivamente de la separación de los perfiles, y el volumen de
almacenamiento, de las características del terreno a modelizar.
Si sólo se dispone de los perfiles transversales equidistantes de campo o de proyecto y se hace
una modificación de la planta de un trazado con la intención de obtener otros interpolados, el
modelo en banda es de mayor precisión y rapidez de explotación que el de triángulos.
En el modelo en banda, la interpolación enmascara los detalles puntuales entre dos elementos,
ya que las aristas desaparecen.
Este modelo no es aplicable cuando los perfiles que pretenden definirlo se encuentran a
distancias variables, como puede ser el de proyectos de ensanche y mejora, en los que se debe
disponer de perfiles en los cambios de ancho de los elementos de la sección transversal o en el
cambio de estructuras de pavimento.
El modelo de triángulos está basado en la estructuración de la información que se obtiene
por medio de puntos que retratan las características del terreno en forma de triángulos.
Basándose en los modernos algoritmos matemáticos de búsqueda se puede conseguir un
modelo de gran eficacia.
Se puede decir que es uno de los que mejores resultados ofrece a la hora de obtener líneas de
nivel que reflejen la tendencia del terreno, facilitando las decisiones del diseño.
Presenta el inconveniente de que, debido al elevado volumen de datos que genera, su
explotación no permite abarcar áreas de gran tamaño, como lo hacen el modelo en malla y el
alámbrico en menor medida. No es tampoco adecuado para analizar dinámicamente el movimiento
de las explanaciones como sustituto de los perfiles transversales, debido a la lentitud del proceso en
modo punto a punto en trabajos de una cierta entidad.
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11. Dado que la obtención de líneas de nivel es uno de los más brillantes subproductos del
modelo de triángulos, condiciona notablemente los algoritmos de selección de estos, que acaban
siendo definidos por el usuario de la misma forma que en la explotación del modelo de líneas o
alámbrico.
Es mucho más eficaz el modelo de triángulos obtenido a partir de líneas que el obtenido a
partir de puntos sueltos.
11

12. GEOMETRÍA DE LA PLANTA.
Tradicionalmente y heredado del diseño en campo, la geometría en planta se define por rectas
dispuestas entre vértices, unidas por arcos de circunferencia con posibles elementos de transición,
de los que el más utilizado es la clotoide.
Algunos proyectistas mueven la geometría modificando los radios y parámetros de las
clotoides de las curvas y accediendo a los vértices del trazado. De esta forma se pueden hacer
trazados muy buenos, al igual que se hacía cuando se proyectaba en campo, pero la resolución del
problema es mucho menos ágil que los métodos que proporcionan las modernas herramientas de
diseño, ya que hay más posibilidades de generar errores de solapes en terrenos movidos, se requiere
dividir una curva del mismo radio en dos cuando el vértice se va muy lejos o al infinito, como
ocurre en un giro de 180º, y en esencia se está accediendo a unos elementos, los vértices, muchas
veces lejanos de lo que se pretende mover.
Ya en los años 70 del pasado siglo se produjo, primero en Alemania y luego en España, un
gran avance al solucionar todos estos inconvenientes. Las herramientas de tratamiento geométrico
respondían al criterio de que, tal y como se piensa el problema de diseño, se emplea el elemento
geométrico más adecuado. De esta forma aparecieron elementos de diseño basados en el control de
los grados de libertad disponibles, como son las que llamamos aquí Fijo, Giratorio, Móvil o
Flotante y Acoplado. Éstos serán expuestos de forma simplificada a continuación.
La filosofía de diseño consiste en ir anidando sucesivas rectas y/o conjuntos de arcos de
circunferencia con sus posibles curvas de transición asociadas, (normalmente clotoides), de forma
indistinta hacia el origen o hacia el final del trazado, empleando el elemento más adecuado para que
el cambio del trazado sea lo más inmediato posible.
La modificación de los radios de las curvas y de los parámetros de los acuerdos asociados es
independiente del tipo de elemento empleado, por lo que se pueden alterar de forma independiente
al elemento utilizado.
El elemento Fijo se define como el que pasa por dos puntos de coordenadas definidas y a una
determinada distancia de ellos. En él se encuentran todos los grados de libertad impedidos, es decir,
sea recta o curva su movimiento se efectúa modificando los puntos, por lo que queda siempre
fijado.
El elemento Giratorio se define por las coordenadas de un punto de paso y la distancia a la
que se desea retranquear dicho punto. El programa calcula los puntos singulares de forma
automática para que la recta o curva se apoye en el elemento anterior o en el siguiente, según el
sentido previamente indicado. Es decir. Este elemento tiene un grado de libertad libre que es el que
permite el apoyo. Si se modifica el elemento contiguo en el que se apoya se arrastra al giratorio
automáticamente, quedando siempre fijado.
El elemento Móvil o Flotante consiste en que dados dos elementos ya fijados se inserte éste
estableciendo los parámetros que definen su radio y clotoides si existiesen. El móvil se adapta
automáticamente entre los contiguos cada vez que cambie cualquier elemento propio o contiguo.
Todos sus grados de libertad quedan libres. El elemento móvil siempre requiere que los elementos
contiguos estén fijados, ya que en caso contrario se produciría un mecanismo.
El elemento Acoplado es un caso singular del Fijo, y consiste en adosar a un elemento ya
fijado un nuevo elemento definido por la longitud de desarrollo del arco de circunferencia o de la
12

13. recta, según proceda. Esta longitud no es necesario definirla si se trata de un elemento interior al
trazado, salvo que haya otro acoplado a continuación del que se crea.
En el uso del acoplado permite varias actuaciones de gran utilidad como la de prolongar el
elemento anterior una determinada cantidad o de salir del punto singular inicial o final del elemento
anterior. Como en el giratorio, también existe la posibilidad de proyectar hacia el origen, en cuyo
caso se dispone de la misma funcionalidad que el acoplado pero en sentido contrario. En el
programa que se emplea en esta presentación a este elemento se le denomina elemento
Retroacoplado.
El conocimiento y funcionalidad de estos elementos hace que cambiando adecuadamente el
atributo utilizado según sea el caso, se permita modificar la geometría con enorme rapidez para que
pase por el lugar deseado, sin más dependencias que las propias del problema a resolver. Con ello el
diseñador se dedica exclusivamente a resolver su problema de ingeniería sin tener que depender de
los problemas matemáticos o geométricos. Es decir, este tipo de aplicaciones hace que la geometría
esté al servicio del que proyecta y no al contrario, como normalmente ocurre con el procedimiento
tradicional.
Así pues, en el ejemplo presentado a continuación se pretende salir de una recta, pasar en
curva a una distancia controlada de una edificación y ligar esta curva con otra que se desea adaptar
a una distancia determinada de un corte en forma de acantilado, disponiendo una curva intermedia
entra ambas.
Interesa controlar la distancia al edificio y la adaptación del trazado a la forma del corte del
terreno para que la seguridad y visibilidad resultante del diseño sean las adecuadas, así como
obtener simultáneamente una uniformidad en el trazado.
Mediante el empleo de alineaciones rectas, proyectadas por vértices y definidas como
elementos fijos, y alineaciones curvas, definidas como elementos móviles, se resuelve el problema
por el método tradicionalmente utilizado, pero se complica el movimiento del trazado. Esta
complejidad surge al tener que actuar sobre los vértices, ya que no son elementos del mismo y
pueden estar alejados de la zona en que nos movemos, así como al tener una mayor probabilidad de
que aparezcan errores de solapes en las alineaciones rectas.
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14. Sin embargo el cambio de trazado es mucho más ágil si se emplean la siguiente secuencia de
elementos:
• Giratorio para la primera curva, estableciendo como punto de paso la esquina del edificio y
la distancia al eje.
• Móvil para la segunda curva definida con un radio intermedio entre las curvas contiguas.
• Fijo para la curva del acantilado en donde el radio se calcula automáticamente a partir de la
curva que pasa por tres puntos que emulan el borde del corte o acantilado y la distancia a
dicha curva.
El cambio de trazado se efectúa actuando sólo sobre los dos retranqueos, en mucho menos
tiempo que con el procedimiento anterior y reduciendo considerablemente la posible aparición de
problemas geométricos.
14

15. El acoplado es un tipo de elemento que proporciona mucho juego en el diseño, ya que además
de servir para prolongar el trazado, alargando o recortando una alineación, se utiliza, al igual que el
comodín en el Póker, como elemento auxiliar para resolver con sencillez numerosas situaciones:
salidas de ramales de enlaces, alargamiento o reducción de la longitud de un elemento colindante,
concatenación de curvas del mismo radio, por ejemplo para proyectar el acceso a un aparcamiento
de varias plantas en un edificio o una escalera de caracol, etc.
B Acoplado ACOPLADO
d Cambiando la
distancia “d” inicial
Giratorio se controla el paso
C por B.
Cambiando el radio
se controla el paso
Móvil por C.
Con muy pocos
tanteos se llega a la
Fijo mejor solución.
Una solución
alternativa sería
Fijo sustituir el acoplado
por otro giratorio,
Interesa que estas dos
alineaciones sean fijas para pero esto origina
facilitar su adaptación en los más movimientos.
frentes
En la figura se presenta un ejemplo de adaptación al terreno en una curva de desarrollo
próximo a 180º en una vaguada, donde modificando sólo dos parámetros se consigue la mejor
adaptación, y cambiando la posición del punto de paso del giratorio se modifican tres alineaciones
de forma conjunta en una única operación. En este ejemplo se ha buscado la geometría en planta
que proporcione el perfil longitudinal deseado.
En el diseño de un proyecto es muy normal modificar varias alineaciones a la vez, insertando
o eliminando alguna intermedia y cambiando la tipología de los elementos para facilitar la
modificación del trazado con un número mínimo de pasos.
Para proyectar con agilidad es necesario controlar todos estos elementos geométricos con
soltura, aspecto que se aprende en los cursos de formación de las Universidades o en los
proporcionados por los proveedores de las diferentes aplicaciones siempre que posean
conocimientos adecuados de diseño y no sean, como ocurre en muchos casos, meros operadores de
un programa.
El proceso, que como se puede apreciar no es obvio, permite estudiar muchas soluciones en
muy poco tiempo y supone un cambio drástico en la forma de proyectar respecto a los sistemas
tradicionalmente utilizados.
GEOMETRÍA DEL PERFIL LONGITUDINAL.
Lo expuesto para la geometría en planta no es suficiente para conseguir la mejor adaptación al
terreno, ya que su movimiento se debe hacer en función de cómo sea la rasante o perfil longitudinal
deseado.
Es decir, en situaciones de adaptación al terreno se debe dar respuesta a los aspectos
expuestos al principio de la conferencia moviendo la planta para que proporcione la rasante o perfil
longitudinal deseado, y no al revés, que es lo que se hacía cuando se proyectaba en campo, en
donde se definía la planta por un lado y después en gabinete se ajustaba la rasante. Trabajando con
15

16. herramientas informáticas también nos podemos encontrar en la tesitura de tratar de forma separada
planta y perfil, bien porque el software no proporcione la técnica adecuada o bien porque el
proyectista desconozca el funcionamiento de la misma.
Para obtener un adecuado diseño es necesario que la geometría en perfil se mueva según los
criterios deseados. A continuación se justifican los requerimientos a exigir a la herramienta
informática que nos ayuda.
En el caso de disponer acuerdos verticales donde haya un desmonte o terraplén será necesario
controlar el movimiento de tierras resultante del diseño. El mejor sistema para ello es el de mover el
vértice correspondiente a cada acuerdo y situarlo en la zona más alta o baja, según se trate.
Mediante su movimiento vertical se controlan los volúmenes de movimiento de tierras sin perder la
coordinación de planta y perfil en el caso de coincidencia de curvas en planta y en perfil, que
normalmente se trata modificando la geometría en planta, y de forma simultánea se controlan las
pendientes y se da respuesta a los requerimientos de permeabilidad transversal, ya sea para el paso
del agua, vehículos, fauna, o cualquier otro aspecto, normalmente situados en las zonas donde se
sitúa el vértice en terraplén.
La adecuada coordinación entre planta y perfil en las situaciones de coincidencia de curvas en
planta con acuerdos en vertical permite que se creen las condiciones más favorables de movimiento
de tierras y de seguridad. Estos condicionantes se evalúan mediante la información directa de los
volúmenes generados, el informe de visibilidades y la percepción del trazado por el conductor en el
recorrido en 3D. Para dar cumplimiento a estos aspectos se requiere el control simultáneo y
sincronizado de la planta y el perfil, empleando los elementos en planta de forma adecuada para que
los cambios sean rápidos.
Como conclusión de lo anteriormente expuesto, para facilitar el diseño es conveniente que:
• Los acuerdos verticales se muevan utilizando los vértices, aunque se permitan otras
formas. Así se controlan mejor los volúmenes y las pendientes resultantes de forma
simultánea.
• Se presente el diagrama de curvaturas junto con el perfil longitudinal para poder diseñar la
ubicación de los acuerdos sin que se solapen con las zonas de clotoide, con objeto de que
se visualicen las curvas en planta desde su exterior con suficiente antelación, así como para
poder coordinar planta y perfil con facilidad.
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17. • Los acuerdos convexos se definan por longitud, y que esta no cambie al modificar el
vértice, ya que de esta forma se respetan las posiciones respecto a las clotoides en planta al
mover el vértice en vertical
• Los acuerdos cóncavos se definan por el parámetro Kv en metros para ser coherentes con
el criterio de medición del kilometraje y con el valor requerido para controlar el alcance de
los faros de los vehículos de noche sea cual sea las pendientes de las rectas contiguas.
• Se informe instantáneamente de la cota roja de cualquier estación y del desplazamiento en
todo momento. De esta forma se analiza el espacio disponible para el paso del agua sin
necesidad de generar ningún perfil auxiliar.
• Se indique el volumen de desmonte y terraplén de forma instantánea teniendo en cuenta el
centro de gravedad de las masas cada vez que se cambie un vértice. Muchas aplicaciones
del mercado no consideran este importante concepto, por lo que deben ser
automáticamente desechadas para el diseño por presentar valores de los volúmenes reales
falsos.
• Cuando se proyecten ramales de enlace o intersecciones, se visualice el perfil transversal
resultante, de forma simultánea y sincronizada a la planta y al perfil longitudinal. Así se
permite apreciar la adecuada evolución de las modelos cuando convergen o divergen dos
ejes.
• Se presente de forma directa e inmediata la diferencia de cotas en los puntos de
intersección de los desplazados de dos ejes que se corten. De esta forma se aprecia la
evolución de los distintos gálibos cada vez que se cambia una rasante.
• Se visualicen de forma sincronizada planta, perfil y sección transversal según recorrido del
trazado por cualquiera de ellos, con lo se controla el modelo completo en una sola pantalla.
• Hay muchos más conceptos, pero dependen de las prestaciones propias de cada programa,
y la finalidad de la ponencia no es describir de forma concreta ninguno de ellos.
GEOMETRÍA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL.
En cuanto a la geometría de la sección transversal, se presentan en el mercado dos tendencias
en la forma de asignar los datos al kilometraje.
• A través de secciones completas asignadas a distintos rangos de kilometraje.
• Mediante la definición de los distintos parámetros en tablas independientes en donde en
cada una se agrupen conceptos homogéneos. La variación del criterio adoptado según el
kilometraje es específica para cada grupo.
El primer sistema está basado en la asignación de secciones tipo y aunque parece más
intuitivo tiene el inconveniente de que cuando se cambia la geometría en planta se requiere una
nueva asignación de kilometrajes, lo que perjudica la agilidad del diseño, aunque algunos
programas que siguen este planteamiento realizan esta asignación de forma automática cuando se
cambian algunos de sus parámetros como pueden ser los anchos de calzada o los peraltes.
La segunda tendencia permite una agilidad en el diseño mucho más elevada, así como una
reducción importante del volumen de datos requeridos ante un mismo problema.
La agrupación de elementos se hace según criterios de coherencia y en cada grupo se
presentan los correspondientes autómatas de generación de datos. Algunas de las posibles tablas de
agrupación de datos que se pueden presentar en los proyectos de carreteras son las siguientes:
• Geología.
• Taludes de desmonte a izquierda y derecha del eje.
• Asignación de cunetas.
• Muros.
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18. • Peraltes.
• Inhibición del cálculo de los volúmenes de las explanaciones.
• Anchos de plataforma: bermas, arcenes exteriores e interiores, calzada, medianas.
• Pendientes de bermas y arcenes en coronación.
• Firmes y subrasante.
• Sobreanchos.
• Barreras de protección.
• Etc.
Estas asignaciones pueden ser distintas según se trate de sección a cielo abierto o en túnel, en
donde la agrupación de datos es distinta según sea la funcionalidad pero de similar tratamiento.
Algunas de las asignaciones se hacen de forma más cómoda a partir de modelos sencillos
predefinidos, como pueden ser las cunetas, formas concretas de taludes y estructuras del paquete de
firmes, por citar algunas.
En el tratamiento de cada grupo de datos se deben establecer los distintos autómatas que
facilitan su definición.
Es importante que el tratamiento de estas listas sea lo más interactivo posible y que se facilite
su validación para que el modelo no tenga errores o imprecisiones.
Tan solo falta para completar el modelo la gestión de los perfiles transversales del terreno
cuya procedencia puede ser cualquiera de los modelos anteriormente expuestos, aunque también
puede interesar tratarlos en horizontal a la espera de que se obtengan datos más específicos, o
adquiridos directamente de los datos provenientes de campo en un fichero ASCII.
ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO.
Además del adecuado tratamiento de cada uno de los datos geométricos del modelo y de la
relación entre ellos, se deben considerar diversos aspectos relacionados con la organización de la
información, debido a la gran trascendencia que ello tiene en la eficiencia de todo el proceso y, por
lo tanto, en el resultado final del diseño.
La organización de la información se puede diferenciar según se trate de un eje aislado o de
todos los ejes del proyecto.
La geometría en planta de un eje aislado se debe poder tratar como si no hubiesen asociados
más elementos del modelo, pero en el caso de que exista un perfil longitudinal, unos datos en
transversal o unos perfiles del terreno, es importante que estén biunivocamente relacionados con
ésta. Si no fuese así se dispondría de más libertad de actuación, al poder tratar cada parte de forma
independiente, pero ello obliga a llevar un control adicional que en muchas ocasiones es fuente de
errores propios del usuario que son imperdonables, como por ejemplo asociar a una planta una
rasante que es de otro eje, por no estar bien identificada.
Por otro lado, los datos del modelo completo de un eje no tienen por qué cubrir la planta en su
totalidad. Con ello se evitan dependencias geométricas de complicada resolución, como por ejemplo
empezar un trazado en medio de una clotoide. Además también se consigue gestionar con facilidad
la asociación de una única planta con distintos modelos de sección transversal según tramos
contiguos, como por ejemplo, de carretera, vía urbana o en túnel, cuyo tratamiento de datos es
específico de cada caso.
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19. En un mismo eje se pueden presentar rasantes distintas asociadas a conceptos distintos de un
mismo eje como son calzadas separadas con rasantes distintas, cunetas ajustadas a un perfil,
elemento de un talud con cota impuesta según un perfil, etc.
A los anteriores aspectos se les puede dar solución disponiendo para un mismo eje de varias
colecciones de rasantes asignadas al elemento deseado y varias colecciones de tramos o datos de la
sección transversal donde a cada uno se le asigna un rango del kilometraje de validez del modelo,
aunque haya datos que tengan una rango más amplio.
En cuanto a la organización de los ejes hay que tener en cuenta que en un proyecto normal de
carreteras pueden coexistir desde pocas decenas hasta cientos de ejes cuyas características, como ya
se ha expuesto, pueden ser muy distintas.
La organización de los ejes de un proyecto puede ser muy variada. El usuario debe poder
hacer las agrupaciones de ejes según su propio criterio de forma que pueda acceder cómodamente a
cualquier nivel y con distintas configuraciones de representación: tanteos de trazado, por enlaces,
fases de ejecución, etc.
Es muy útil poder visualizar en un árbol todos los ejes del proyecto según dicha organización,
ya que proporciona una visión global del proyecto y permite la inmediata localización de cualquier
eje, además de facilitar la emisión de los distintos documentos.
La organización de la información de todo el proyecto geométrico se debe hacer desde la
propia herramienta de diseño, ya que no es lo mismo manejar cientos de ficheros con el explorador
del sistema operativo que disponer todo el proyecto geométrico en un único fichero de datos.
Todos estos aspectos condicionan el mejor o peor tratamiento de la información, lo que se
traduce en mayor eficiencia y calidad en el trabajo.
RESULTADOS DEL DISEÑO.
Como resultado de la explotación del modelo la herramienta debe informar de las superficies
y volúmenes de todas sus partes, así como de las visibilidades disponibles y recorridos virtuales que
permitan analizar la percepción del conductor bajo cualquier posición y recorrido. En estas
operaciones los tiempos de presentación de resultados tienen singular trascendencia para la agilidad
del diseño.
La adecuada interactividad y la rápida generación del estudio del movimiento de tierras,
donde se analizan los movimientos de desmontes y terraplenes, permite mejorar el diseño, así como
la generación de documentos como son la justificación de precios, el presupuesto y planificación de
la obra, consiguiendo una elevada calidad con una coherencia total con el diseño realizado.
Para concluir un diseño, lo que se espera de una aplicación es que “dando a un botón” salgan
los documentos requeridos, aspecto que en lo que a la geometría se refiere prácticamente todos los
programas permiten. Lo importante es que estos documentos cumplan los adecuados requerimientos
funcionales, que por desgracia muchas veces no tiene que ver con los exigidos, aspecto que, como
se comentaba anteriormente, es materia de otra ponencia. Los fabricantes de las aplicaciones, por
razones obvias, tratarán de adaptarse a las exigencias de las Administraciones de cada país.
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20. Los sistemas van avanzando en la disposición de autómatas que simplifican y facilitan el
trabajo del diseño, sin embargo estos autómatas deben ser totalmente controlados en todas sus
partes por el diseñador, puesto que, tanto en este campo como en muchos otros de diseño, la
informática debe ser considerada como una ayuda y nunca como un sustituto.
Como se deduce de esta exposición, es de desear que los fabricantes de las herramientas sean
expertos diseñadores, para lo cual estos tienen que proyectar y construir.
REFERENCIAS:
Conferencias Miguel Vallés Ruiz. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos.
Curso de Diseño Geométrico CEDEX 2011. Centro de Estudios y Experimentación de Obras
Públicas. Ministerio de Fomento. España. Ponencias Miguel Vallés Ruiz.
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