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FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS
1
TRAZADO DEL ALINEAMIENTO HORIZONTAL
DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS
PRÁCTICA N°2
PRESENTADO POR:
LAURA LOAIZA OSORIO
JULIANA SALAZAR RIOS
ALVARO JAVIER CAICEDO MARTÍNEZ
DANIEL JOSUE SERNA PEREZ
PRESENTADO A:
HERNÁN DARÍO GONZÁLEZ ZAPATA
FECHA DE ENTREGA:
JULIO 31
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA CIVIL
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2
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………..2
2. OBJETIVOS ................................................................................................2
3. MARCO TEÓRICO………………………………………………………………2
3.1 Línea de ceros……………………………………………………………..3
3.2 Línea de tendencia o preliminar………………………………………..3
3.3 Distancia de los tramos de las líneas de tendencia………………..4
3.4 El cálculo de la pendiente según el método topográfico………….4
3.5 Azimut……………………………………………………………………….4
3.6 Angulo de deflexión………………………………………………………4
3.7 Escala……………………………………………………………………….5
3.8 Coordenadas geográficas……………………………………………….5
3.9 Alineamiento horizontal………………………………………………….5
3.10 Velocidad de diseño………………………………………………….6
3.11 Radio mínimo………………………………………………………….6
3.12 Curvas circulares simples…………………………………………..7
3.12.1 Tangente………………………………………………………7
3.12.2 Entretangencias……………………………………………..7
3.12.3 Radio…………………………………………………………..7
3.12.4 Cuerda larga………………………………………………….7
3.12.5 Externa………………………………………………………..8
3.12.6 Ordenada Media o flecha…………………………………..8
3.12.7 Grado de curvatura…………………………………………8
3.12.8 Longitud de la curva………………………………………..8
3.12.9 Ángulo de deflexión…………………………………………9
3.13 Cálculo del abscisado………………………………………………..9
4. PROCEDIMIENTO………………………………………………………………9
5. CALCULOS TIPICOS…………………………………………………………10.
6. RESULTADOS Y ANALISIS…………………………………………………12
7. CONCLUSIONES……………………………………………………………...14
8. BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………...15
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1. INTRODUCCIÓN
Una carretera o vía es una infraestructura de transporte construida estratégicamente en
lugares que cumplen condiciones específicas que se adaptan a las necesidades de las
regiones que ésta comunica; una carretera debe permitir un flujo constante de vehículos y
brindar comodidad a quienes la usen.
Para el trazado definitivo de una vía es fundamental estudiar todas las posibilidades que
la localización geográfica del proyecto permite, considerando ventajas y desventajas de
cada una de estas opciones según aspectos económicos, financieros, ambientales y
técnicos como: topografía, geología, geotecnia, tránsito, valores ambientales,
climatología, aspectos hidrológicos e hidráulicos.
Un buen diseño geométrico garantiza comodidad, eficacia y seguridad, siendo esta última
un factor muy importante al momento de hacer el trazado de la vía; las curvas deben
permitir a los vehículos un nivel aceptable de visibilidad y una transición suave entre
curvas que se logra con entre tangencias de longitud considerable (90m-100m). El
porcentaje de las pendientes será uno de los factores que permite la circulación de los
vehículos que transiten por la vía. La velocidad de diseño representa un factor de gran
importancia en el diseño geométrico; la cual debe cumplir con una Velocidad de diseño
mayor a la Velocidad de operación, es decir los vehículos que circulan por la vía deben
tener una velocidad inferior a la del diseño, lo que permite establecer un parámetro de
seguridad en la vía. La velocidad de diseño permite establecer también un radio de
curvatura idóneo según lo requiera el proyecto.
2. OBJETIVOS
General
Trazar una vía que comunique los puntos obligatorios y que cumpla condiciones
establecidas de pendiente, Entretangencias y curvatura.
Específicos
 Elegir una de las múltiples opciones de trazado que permite la vía considerando
las especificaciones dadas en la práctica.
 Determinar las pendientes de cada tramo que conforman la línea de tendencia.
 Determinar la distancia de cada tramo de la línea de tendencia.
 Determinar la velocidad de diseño según corresponda en cada tramo para
garantizar la seguridad y funcionalidad en la vía, considerando que la velocidad de
diseño es mayor que la velocidad de operación.
 Ubicar cada punto PI con sus respectivas coordenadas.
 Determinar la longitud de los radios que permitan a su vez Entretangencias
adecuadas.
 Determinar la longitud de curva de cada punto de intersección de la vía.
 Abscisar los puntos especiales y de importancia que hay en la vía.
3. MARCO TEÓRICO
Para poder desarrollar un análisis adecuado con los datos obtenidos, se tuvo en cuenta
las siguientes definiciones y ecuaciones:
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4
3.1 Línea de ceros:
Es una línea que une los puntos obligados del proyecto conservando una pendiente
especificada, constante y uniforme. Esta línea va a ras del terreno y, de coincidir con el
eje de la vía, presentaría mínimo movimiento de tierras.
Figura1, Línea de ceros en el plano
Para trazar una línea de pendiente sobre el plano se utiliza un compás, señalando puntos
sobre las curvas de nivel que formen líneas de igual longitud, equivalente a la abertura del
compás, que se calcula de la siguiente manera:
Analizando unas curvas de nivel sencillas (ver gráfica) se puede apreciar que la línea que
debe marcar el compás corresponde a la proyección horizontal de la línea que une los
puntos A y B, es decir, la línea AC. A su vez, la proyección vertical (BC) corresponde a la
diferencia de nivel entre los puntos A y B, o sea, la equidistancia entre las curvas de nivel.
Por lo tanto, considerando que Tan (α) es la pendiente del posible “eje de la vía”,
entonces la abertura del compás queda:
𝐴𝐶 =
𝐵𝐶
tan(𝛼)
= 𝑎 =
𝐸𝑞𝑢𝑖𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙
𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎
𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (1)
La pendiente debe escribirse en notación decimal (2% = 0,02, por ejemplo). La abertura
(a) debe buscarse en el compás a la misma escala del mapa o del plano, con la ayuda de
un escalímetro.
Luego se marcan sucesivamente los puntos que indique el compás sobre las curvas de
nivel y se unen con trazos, partiendo desde uno de los puntos de control hasta llegar al
siguiente. El procedimiento se puede repetir en sentido contrario y así encontrar una ruta
diferente (Doble vía, 2007).
3.2 Línea de tendencia o preliminar:
Consiste en nuevas líneas que agrupen la mayor cantidad de puntos que conforman la
línea de ceros, es decir, que emplea una regresión lineal (en este caso se realizará
mediante una aproximación visual) para trazar la línea de tendencia se debe considerar
las siguientes características:
 No superar la pendiente horizontal máxima equivalente a 12%.
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 Los tramos deben ser inferiores a 300m si se encuentran en pendientes máximas
(del 10 al 12%).
 Procurar implementar curvas aproximadamente cada 300m.
 Evitar distancias inferiores a 150m en los tramos.
3.3 Distancia de los tramos de las líneas de tendencia:
Esta distancia se obtiene por medio de las coordenadas obtenidas y se obtiene y verifica
midiendo con la regla los tramos en el plano. La distancia por coordenadas se obtiene por
medio del teorema de Pitágoras de la siguiente manera:
𝐷 = √(∆𝑐𝑜𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑛𝑜𝑟𝑡𝑒)2 + (∆𝑐𝑜𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑒𝑠𝑡𝑒)2 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (2)
D: Distancia del tramo de la línea de tendencia.
(∆ Coordenadas norte): diferencia de las coordenadas norte de los puntos que conforman
el tramo.
(∆ Coordenadas este): diferencia de las coordenadas este de los puntos que conforman el
tramo. (Moreno, D. 2012).
3.4 El cálculo de la pendiente según el método topográfico:
Según, Puertos de montaña, APM. 2004 “la pendiente es la relación que existe entre el
desnivel que se debe superar y la distancia en horizontal que se debe recorrer. La
distancia longitudinal se mide en el mapa en centímetros y posteriormente se pasa a la
escala real. La pendiente se expresa en porcentaje”.
Para calcular una pendiente en tantos por ciento basta con resolver la siguiente regla de
tres:
(𝑃) = 𝐴𝐵𝑆
/𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑡𝑎𝑠(∆𝑍)/
/𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙(∆𝑋)/
∗ 100 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (3)
3.5 Acimut:
El acimut de una línea es el ángulo horizontal medido en el sentido de las manecillas del
reloj a partir de un meridiano de referencia, el cual se debe expresar en grados, minutos y
segundos. Lo más usual es medir el azimut desde el Norte (sea verdadero, magnético o
arbitrario), pero a veces se usa el Sur como referencia. Los acimuts varían desde 0° hasta
360° y no se requiere indicar el cuadrante que ocupa la línea observada. Los azimuts de
cada tramo se calculan mediante la siguiente ecuación:
𝐴𝑧 = 𝐴𝑟𝑐 𝑇𝑎𝑛 (
∆𝑌
∆𝑋
) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (4)
∆Y: Diferencia entre coordenadas este de los puntos que conforman el tramo (final-inicial).
∆X: Diferencia entre coordenadas norte de los puntos que conforman el tramo (final-
inicial). (Doble vía, 2007).
3.6 Angulo de deflexión [∆]:
El que se forma con la prolongación de uno de los alineamientos rectos y el siguiente.
Puede ser a la izquierda o a la derecha según si está medido en sentido anti horario o a
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favor de las manecillas del reloj, respectivamente. Es igual al ángulo central subtendido
por el arco (Δ); La deflexión se debe expresar en grados, minutos y segundos.
Figura2, ángulos de deflexión.
Figura 2. Ángulo de deflexión.
Estos ángulos se pueden obtener mediante la siguiente ecuación:
𝛥𝜃 = 𝐴𝑧 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 – 𝐴𝑧 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (5)
(Doble vía, 2007).
3.7 Escala:
Es la relación matemática que existe entre las dimensiones reales y las del dibujo que
representa la realidad sobre un plano o un mapa (Escala y tipos de escala. S f).
𝐸𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 =
𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑎𝑝𝑒𝑙
𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜
𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (6)
3.8 Coordenadas geográficas:
Los paralelos y meridianos forman una red geográfica de líneas imaginarias que permiten
ubicar la posición de un punto cualquiera en la superficie terrestre. Éstas se definen con
coordenadas Geográficas o terrestres, las cuales son la latitud y longitud.
 Latitud: Es la distancia que existe entre un punto cualquiera y el Ecuador
 Longitud: Es la distancia que existe entre un punto cualquiera y el Meridiano de
Greenwich. El Meridiano de Greenwich se toma como la línea de base, y le
corresponde la Longitud de 0º.
(PortalEducativo, 2011).
3.9 Alineamiento horizontal:
El alineamiento horizontal es una proyección sobre un plano horizontal en el cual la vía
está representada por su eje y por los bordes izquierdo y derecho. El eje es la línea
imaginaria que va por el centro de ella y que se dibuja con la convención general de los
ejes. Los bordes izquierdo y derecho son las líneas que demarcan exteriormente la zona
utilizable por los vehículos (Giménez, A. S f).
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3.10 Velocidad de diseño:
Asignada por las características topográficas del terreno y según la normatividad de
Manual de Diseño Geométrico para carreteras del Instituto Nacional de Vías (2008), para
la cual se debe tener en cuenta el tipo de carretera según su funcionalidad y el tipo de
terreno como se presenta en la tabla.
Tabla 1. Velocidad de Diseño
3.11 Radio mínimo:
El radio mínimo se calcula a partir de la velocidad de diseño, en donde a partir de esta
velocidad y de los parámetros como el peralte e y la fricción trasversal f que otorgan el
Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del Instituto Nacional de Vías (2008) en la
tabla 2, Se realiza el cálculo del radio mínimo dependiendo la velocidad de diseño
escogida y las variables relacionadas a ella.
Tabla 2. Peralte y fricción transversal
𝑅𝑚í𝑛 =
(𝑉𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 )2
127(𝑒 + 𝑓)
𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (7)
Para la elección de los radios adecuados debe cumplirse siempre que:
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R > Rmín.
Puntos de control, G redondo, múltiplos de 30´
Entretangencias adecuadas
3.12 Curvas circulares simples:
Cuando dos tangentes están unidas entre sí por una sola curva circular, ésta se denomina
curva simple. En el sentido del cadenamiento, las curvas simples pueden ser hacia la
izquierda o hacia la derecha.
En donde:
PI: Punto de cruce de dos tangentes.
PC: Punto de inicio de la curva.
PT: Punto final de la curva.
Δ: Ángulo de deflexión en el PI, en grados o
radianes.
R: Radio del arco circular, en metros.
CL: Cuerda larga.
T: Tangente del empalme, en metros.
E: distancia de PI al punto medio de la curva.
F: distancia desde el punto medio de la curva
hasta el punto medio del acorde largo.
Figura3. Componentes geométricas de la Vía
3.12.1 Tangente (T):
Distancia desde el punto de intersección de las tangentes (PI); los alineamientos
rectos también se conocen con el nombre de tangentes, si se trata del tramo recto
que queda entre dos curvas se le llama entre tangencia hasta cualquiera de los
puntos de tangencia de la curva (PC o PT).
𝑇 = 𝑅 tan(
∆
2
) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (8)
3.12.2 Entretangencias:
Se entiende por Entre tangencia el tramo recto entre dos curvas horizontales
contiguas, es decir, la distancia entre el PT de una curva y el PC.
3.12.3 Radio (R):
El de la circunferencia que describe el arco de la curva.
𝑅 =
𝑇
tan(
∆
2
)
𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (9)
3.12.4 Cuerda larga (CL):
Línea recta que une al punto de tangencia donde comienza la curva (PC) y al
punto de tangencia donde termina (PT).
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𝐶𝐿 = 2 𝑅 𝑠𝑖𝑛(
∆
2
) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (10)
3.12.5 Externa (E):
Distancia desde el PI al punto medio de la curva sobre el arco.
𝐸 = 𝑇tan (
∆
4
) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (11)
𝐸 = 𝑅(
1
cos(
∆
2
)
− 1) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (12)
3.12.6 Ordenada Media (M) o flecha (F):
Distancia desde el punto medio de la curva hasta el punto medio de la cuerda
larga.
𝑀 = 𝑅(1 − cos(
∆
2
)) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (13)
3.12.7 Grado de curvatura (G):
Corresponde al ángulo central subtendido por un arco o una cuerda unidad de
determinada longitud, establecida como cuerda unidad (c) o arco unidad (s).
Figura 4. Geometría y descomposición angular de la Vía.
𝐺𝑐 = 2 𝐴𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛(
𝑐
2𝑅
) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (14)
Donde, 𝑐 es el arco unidad o la cuerda unidad y 𝑅 el radio de curvatura.
3.12.8 Longitud de la curva (L):
Es la longitud del arco circular entre sus puntos extremos y se obtiene mediante la
siguiente ecuación.
𝐿 =
𝑐∆
𝐺𝑐
𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (15)
Siendo 𝑐 = La cuerda unidad, ∆= El ángulo de deflexión y 𝐺𝑐 = El grado de curvatura.
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3.12.9 Ángulo de deflexión (δ):
Es el que se forma entre cualquier línea tangente a la curva y la cuerda que va desde el
punto de tangencia y cualquier otro punto sobre la curva.
𝛿 =
∅
2
𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (16)
Donde ∅ = Ángulo central (ver figura. 4)
(Doble vía, 2007).
3.13 Cálculo del abscisado:
Coordenada de dirección horizontal que aparece en un plano cartesiano rectangular y que
se expresa como la distancia que existe entre un punto y el eje vertical. El denominado
eje de abscisas representa al eje de coordenadas horizontal.
𝑃 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑘0 + 000
𝑃𝐶𝑖 = 𝑃𝑇(𝑖 − 1) + 𝐷𝑖 − 𝑇(𝑖 − 1) − 𝑇𝑖 𝐸𝑐𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (17)
𝑃𝑇𝑖 = 𝑃𝐶𝑖 + 𝐿𝐶𝑖 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (18)
Donde 𝑖 = 0,1,2… 𝑛
4. PROCEDIMIENTO
En la práctica No 2 se siguieron los siguientes pasos en lo que refiere al diseño
geométrico de la vía, con determinación de características preliminares que permiten un
adecuado manejo de información y generación de soluciones o propuestas que pueden
adecuarse eficazmente al proceso de diseño:
1) Obtener la equidistancia en las curvas de nivel.
2) La pendiente es de 7,1428%, por lo que la abertura del compás será de 1,4 cm.
3) Con la misma abertura del compás se procede a marcar una serie de puntos
(deben pasar por los puntos obligados) en curvas de nivel consecutivas, ya sea
superior o inferior.
4) Al culminar con el paso anterior se traza una línea que une todos los puntos
llamada línea de ceros.
5) Se traza una línea de tendencia, cada tramo de esta debe agrupar la mayor
cantidad de puntos que conforman los tramos de la línea de ceros.
6) Se calcularon las coordenadas de cada punto PI que conforman los tramos de la
línea de tendencia.
7) Se calcularon las distancias de cada tramo de la línea de tendencia.
8) Se calcularon las pendientes de cada tramo de la línea de tendencia.
9) Se calcularon los azimuts de cada tramo.
10) Se calcularon los ángulos de deflexión.
11) Se determinó la velocidad de diseño para cada tramo, teniendo en cuenta las
indicaciones dadas.
12) Se hizo el cálculo del radio mínimo de cada curva.
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11
13) Se calcularon los demás elementos que componen una curva como: tangente,
radio de curvatura, longitud de la curva.
14) Se hizo el abscisado de los puntos especiales según las indicaciones dadas.
5. CÁLCULOS TÍPICOS
Línea de ceros.
Para determinar la distancia horizontal entre curvas, que corresponde a la abertura del
compás, con el fin de trazar la linea de ceros, se recurrió a la ecuación (1); para efectos
prácticos se considero una pendiente uniforme del 7% y una equidistancia entre dos
curvas de nivel consecutivas.
Haciendo uso de la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (1) se halla la abertura 𝑎 con la que trabajara el compás en
el plano topográfico, de la siguiente forma:
𝑎 =
2𝑚
0,07
= 28,57 𝑚
Y aplicando la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (6) de la escala para el cálculo anterior, luego, sabiendo que la
escala es 1:2000, tenemos:
𝑎 =
28,27𝑐𝑚
20
Pero para realizar una línea de ceros con más exactitud se redondea el anterior valor a
1,4 𝑐𝑚 por lo que la pendiente cambia a 7,1428%
Pendiente de la vía.
Para (PI 1- PI 2) se hizo uso de la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (3) , por ejemplo:
( 𝑃) =
(1770 − 1756)𝑚
(377,725362.582)𝑚
∗ 100 = 3.9%
Coordenadas de los PI.
Los cálculos de las coordenadas de los PI se basaron en la escala, las coordenadas
Norte-Este presentes en el plano topográfico.
Azimut. Para el punto P-1.
Con la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (4) Se tiene:
𝐴𝑧 = 𝐴𝑟𝑐 𝑇𝑎𝑛(
838163 − 838428,385
1190384 − 1190631.06
) = 47°2′52.87"
𝐴𝑧 = 47°2′52.87"′+ 180° = 227°2′52,87′′
Distancia de los tramos de las líneas de tendencia.
Para (P1- PI 1) se obtiene mediante la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (2) de la siguiente manera:
√(838163 − 838428,385)2 + (1190384 − 1190631.06)2 = 362.584 𝑚
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12
Ángulo de deflexión [∆].
Para el PI 1 se realiza el cálculo del ángulo de deflexión mediante la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (5) de la
siguiente forma:
𝛥𝜃 = 𝐴𝑧 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 – 𝐴𝑧 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = 227.049 − 168.393 = 58.656 = 58°39′.6"
Radio mínimo.
Para todo el tramo de la vía. Se calculó el radio mínimo con la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (7):
𝑅𝑚í𝑛 =
502
127(0,08+0,164)
= 81.64m
Tangente (T).
La tangente de los puntos PI se halla mediante la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (8), de la siguiente manera:
𝑇 = 95.504 ∗ 𝑇𝑎𝑛 (
58°39’22"
2
) = 53.656𝑚
𝑇 = 81.864 ∗ 𝑇𝑎𝑛 (
83°31’53"
2
) = 73.106𝑚
Cuerda larga (CL)
Para obtener la longitud de la cuerda larga, se empleó la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (10).
𝐶𝐿 = 2 ∗ 95.504 𝑠𝑖𝑛(
58°39’22"
2
) = 18,7735𝑚
Grado de curvatura (G).
Este valor se obtiene mediante la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (14) así:
𝐺𝑐 = 2 𝐴𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛
5
2 ∗ 95.504
= 3°00′00’’
𝐺𝑐 = 2 𝐴𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛
5
2 ∗ 81.864
= 3 °30’00"
Aproximaciones:
No fueron necesarias, debido al valor exacto del cálculo.
Longitud de curva (LC).
La longitud de curva para los puntos PI se obtiene usando la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (15) de la siguiente
manera:
𝐿𝐶 = (
5 ∗ 58°39’22"
’’3°00′00’’
) = 97.760𝑚
𝐿𝐶 = (
5 ∗ 83°31’53"
’’3°30′00’’
) = 119.330𝑚
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Cálculo del abscisado.
En la determinación del cálculo del abscisado se utilizó la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (17) y 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (18)
para el abscisado del PC2 y PT2 respectivamente:
𝑃𝐶2 = K0 + Distancia1 − T1 = 362.582 − 53.656 = K0 + 308.926m
𝑃𝑇2 = 𝐾0 + 𝑃𝐶2 + 𝐿1 = 𝐾0 + 308.926 + 97.760 = 𝐾0 + 406.686𝑚
RESULTADOS Y ANALISIS
Teniendo en cuenta que el objetivo general de esta práctica es realizar el trazado
de una vía que cumpla con todos los requerimientos y geometría sugeridos, todo
el procedimiento ira encaminado hacia este. Luego de hacer el trazado de ceros y
la línea preliminar de la vía en base a esta, se calculó los siguientes resultados:
Tabla 3. Resultados de cálculos requeridos
Las pendientes anteriormente calculas y las distancias medidas en los tramos que
se observan en la tabla 3 brinda información sobre el tipo del terreno en el cual se
trabaja, para tener en cuenta al momento de calcular la geometría de la vía y
cumplir con las especificaciones. Para este caso ninguna pendiente se pasó del
límite de 12% máximo requerido, pero para que esto se pudiera cumplir las
longitudes debieron de trazarse lo más extensas posibles, aunque ninguna superó
los 400m.
El cálculo de azimuts y deflexiones hallados en la tabla 3, se hace para proseguir
con la segunda parte de la práctica, que como se mencionó anteriormente.
Consiste en completar una cartera que contenga todos los datos, cálculos y
geometría requeridos para cada punto.
COTAS LONGITUD PENDIENTE
PT NORTE ESTE (msnm) (m) (%) ° '" ° '"
1 1190631,055 838428,385 1756 362,582 3,9 227 2 55
A 1190384 838163 1770 377,725 2,6 168 23 33 58 39 22
K0 + 406,69 B 1190014 838239 1780 151,885 6,6 251 55 26 83 31 53
C 1189966,873 838094,611 1770 322,821 1,2 291 24 33 39 28 57
K0 + 776,98 D 1190084,697 837794,06 1766 210,712 9,5 168 47 48 122 36 36
E 1189878 837835 1786 347,674 9,8 149 58 8 18 49 39
K0 + 882,78 F 1189577 838009 1820 151,238 9,3 234 25 6 84 26 58
G 1189489 837886 1806 355,095 3,9 157 51 28 76 33 37
K1 + 201,83 FINAL 1189160,093 838019,837 1820
COORDENADAS
PUNTO
AZIMUTS DELTA
K0+000
ABSCISAS
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14
Tabla 4. Cartera de alineamiento horizontal con los elementos geométricos de la
vía
Después de obtener las deflexiones y sabiendo que el terreno para este caso es
montañoso, se selecciona una velocidad de diseño dada en la tabla 1 que para
este caso fue de 50KM/h, y un peralte recomendado en la tabla 2. Con esto se
complementó los datos necesarios para calcular el radio mínimo a utilizar,
tangentes, grado de curvatura, longitud de curva y posterior a esto el abscisado
para cada PC y PT.
Una de las recomendaciones para la práctica fue que las entre tangencias
cumplieran de un mínimo 80metros, esto se calculó con la distancia entre PI
menos las tangencias, y se pudo corroborar que cada entre tangencia se
encuentra por encima de dicho valor, por lo que el radio mínimo escogido es
óptimo.
NORTE ESTE
1 (Inicial) 1190631,06 838428,385 1756
1 362,582 3,9 227,049 227°02'55''
A 1190384 838163 1770
2 377,725 2,6 168,393 168°23'33''
B 1190014 838239 1780
3 151,885 6,6 251,924 251°55'26''
C 1189966,873 838094,611 1770
4 322,821 1,2 291,407 291°24'23''
D 1190084,7 837794,06 1766
5 210,712 9,5 168,797 168°47'48''
E 1189878 837835 1786
6 347,674 9,8 149,969 149°58'08''
F 1189577 838009 1820
7 151,238 9,3 234,418 234°25'06''
G 1189489 837886 1806
8 355,095 3,9 157,858 157°51'28''
3 (Final) 1189160,09 838019,837 1820
2
TRAMO PUNTO
COORDENADAS
COTAS
DISTANCIA
(m)
PENDIENTE
(%)
ACIMUTS (°)
ACIMUTS
(° ' '')
PC PT
227°02'55''
58,656 58°39'22'' 95,504 53,656 8 5 3,000 3°00'00'' 97,760 K0 + 308,93 K0 + 406,69
168°23'33''
83,531 83°31'53'' 81,864 73,106 8 5 3,500 3°30'00'' 119,330 K0 + 657,65 K0 + 776,98
251°55'26''
39,483 39°28'57'' 81,864 29,378 8 5 3,500 3°30'00'' 56,404 K0 + 826,38 K0 + 882,78
291°24'23''
122,610 122°36'36'' 81,864 149,558 8 5 3,500 3°30'00'' 175,157 K1 + 026,67 K1 + 201,83
168°47'48''
18,828 18°49'39'' 95,504 15,834 8 5 3,000 3°00'00'' 31,379 K1 + 247,15 K1 + 278,52
149°58'08''
84,449 84°26'58'' 81,864 74,294 8 5 3,500 3°30'00'' 120,642 K1 + 536,07 K1 + 656,71
234°25'06''
76,560 76°33'37'' 81,864 64,606 8 5 3,500 3°30'00'' 109,372 K1 + 669,05 K1 + 778,42
157°51'28''
T (m)
ACIMUTS
(° ' '')
DEFLEXION
(°)
DEFLEXION
(° ' '')
R (m)
K2 + 133,52
K0+000
e (%) C (m) G (°) G (° ' '') L (m)
ABSCISAS
UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS
15
6. CONCLUSIONES
 Según lo estudiado y analizado en esta práctica se puede decir primeramente que
un buen diseño geométrico hará que la vía sea eficaz, segura y cómoda para el
transporte de pasajeros o carga; además la población obtendrá beneficios y será
más productiva.
 Seguidamente es importante considerar que la seguridad de la vía no solo
depende de un buen diseño geométrico, hay otros factores que tienen gran
influencia, como una correcta señalización ya sea por medio señales preventivas o
informativas.
 Los parámetros de diseño de curvatura se hicieron con una velocidad de diseño de
50 km/h, la cual era una de las velocidades mínimas según el tipo de terreno sobre
el cual se trazaba la vía y que además ayudo a que se cumpliera la distancia
mínima de entre tangencias.
 Un correcto trazado de vía se da desde un inicio con un correcto estudio del tipo
de terreno, una elección adecuada de línea de ceros, una línea preliminar que se
pueda aplicar en la realidad sin cambios bruscos en su trazado o en sus
pendientes, y al final unas curvaturas que den seguridad a las vidas que estarán
circulando sobre esta.
 El alineamiento horizontal realizado en esta práctica se hizo con el fin de que sus
cambios de direcciones estén dadas para cumplir con un destino o punto final,
recorriendo el trayecto más adecuado donde se intenta cumplir con satisfacción
las especificaciones o requerimientos dados por el docente encargado.
UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS
16
7. BIBLIOGRAFIA
 Doble vía. (2007). Línea de ceros en un plano. Ibagué, Colombia. Recuperado de
https://doblevia.wordpress.com/2007/02/08/linea-de-ceros-en-un-plano/.
 Puertos de montaña, [APM]. (2004). Calculo de la pendiente de una carretera.
Recuperado de http://www.altimetrias.net/articulos/4ComoPendiente.asp
 Doble vía, (2007). Rumbo y Azimut. Ibagué, Colombia. Recuperado de
https://doblevia.wordpress.com/2007/03/19/rumbo-y-azimut/
 Doble vía, (2007). Curvas circulares simples. Ibagué, Colombia. Recuperado de
https://doblevia.wordpress.com/2007/03/19/curvas-circulares-simples/
 Escala y tipos de escala. S f. Recuperado de https://prezi.com/dcymid0j4eve/la-
escala-es-la-relacion-matematica-que-existe-entre-las-dim/
 Portal Educativo. (2011). Coordenadas geográficas. Recuperado de
https://www.portaleducativo.net/quinto-basico/684/coordenadas-geograficas
 Giménez, A. S f. Alineamientos horizontales y verticales, visibilidad en carreteras y
curvas de tracción. Recuperado de
https://es.calameo.com/read/00437318366014815893f
 Instituto Nacional de Vías, (2008). Manual de Diseño Geométrico de carreteras.
Bogotá, Colombia.
 Moreno, D. (2012). Trazando del Alineamiento Horizontal.

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  • 1. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 1 TRAZADO DEL ALINEAMIENTO HORIZONTAL DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS PRÁCTICA N°2 PRESENTADO POR: LAURA LOAIZA OSORIO JULIANA SALAZAR RIOS ALVARO JAVIER CAICEDO MARTÍNEZ DANIEL JOSUE SERNA PEREZ PRESENTADO A: HERNÁN DARÍO GONZÁLEZ ZAPATA FECHA DE ENTREGA: JULIO 31 UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL
  • 2. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 2 TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………..2 2. OBJETIVOS ................................................................................................2 3. MARCO TEÓRICO………………………………………………………………2 3.1 Línea de ceros……………………………………………………………..3 3.2 Línea de tendencia o preliminar………………………………………..3 3.3 Distancia de los tramos de las líneas de tendencia………………..4 3.4 El cálculo de la pendiente según el método topográfico………….4 3.5 Azimut……………………………………………………………………….4 3.6 Angulo de deflexión………………………………………………………4 3.7 Escala……………………………………………………………………….5 3.8 Coordenadas geográficas……………………………………………….5 3.9 Alineamiento horizontal………………………………………………….5 3.10 Velocidad de diseño………………………………………………….6 3.11 Radio mínimo………………………………………………………….6 3.12 Curvas circulares simples…………………………………………..7 3.12.1 Tangente………………………………………………………7 3.12.2 Entretangencias……………………………………………..7 3.12.3 Radio…………………………………………………………..7 3.12.4 Cuerda larga………………………………………………….7 3.12.5 Externa………………………………………………………..8 3.12.6 Ordenada Media o flecha…………………………………..8 3.12.7 Grado de curvatura…………………………………………8 3.12.8 Longitud de la curva………………………………………..8 3.12.9 Ángulo de deflexión…………………………………………9 3.13 Cálculo del abscisado………………………………………………..9 4. PROCEDIMIENTO………………………………………………………………9 5. CALCULOS TIPICOS…………………………………………………………10. 6. RESULTADOS Y ANALISIS…………………………………………………12 7. CONCLUSIONES……………………………………………………………...14 8. BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………...15
  • 3. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 3 1. INTRODUCCIÓN Una carretera o vía es una infraestructura de transporte construida estratégicamente en lugares que cumplen condiciones específicas que se adaptan a las necesidades de las regiones que ésta comunica; una carretera debe permitir un flujo constante de vehículos y brindar comodidad a quienes la usen. Para el trazado definitivo de una vía es fundamental estudiar todas las posibilidades que la localización geográfica del proyecto permite, considerando ventajas y desventajas de cada una de estas opciones según aspectos económicos, financieros, ambientales y técnicos como: topografía, geología, geotecnia, tránsito, valores ambientales, climatología, aspectos hidrológicos e hidráulicos. Un buen diseño geométrico garantiza comodidad, eficacia y seguridad, siendo esta última un factor muy importante al momento de hacer el trazado de la vía; las curvas deben permitir a los vehículos un nivel aceptable de visibilidad y una transición suave entre curvas que se logra con entre tangencias de longitud considerable (90m-100m). El porcentaje de las pendientes será uno de los factores que permite la circulación de los vehículos que transiten por la vía. La velocidad de diseño representa un factor de gran importancia en el diseño geométrico; la cual debe cumplir con una Velocidad de diseño mayor a la Velocidad de operación, es decir los vehículos que circulan por la vía deben tener una velocidad inferior a la del diseño, lo que permite establecer un parámetro de seguridad en la vía. La velocidad de diseño permite establecer también un radio de curvatura idóneo según lo requiera el proyecto. 2. OBJETIVOS General Trazar una vía que comunique los puntos obligatorios y que cumpla condiciones establecidas de pendiente, Entretangencias y curvatura. Específicos  Elegir una de las múltiples opciones de trazado que permite la vía considerando las especificaciones dadas en la práctica.  Determinar las pendientes de cada tramo que conforman la línea de tendencia.  Determinar la distancia de cada tramo de la línea de tendencia.  Determinar la velocidad de diseño según corresponda en cada tramo para garantizar la seguridad y funcionalidad en la vía, considerando que la velocidad de diseño es mayor que la velocidad de operación.  Ubicar cada punto PI con sus respectivas coordenadas.  Determinar la longitud de los radios que permitan a su vez Entretangencias adecuadas.  Determinar la longitud de curva de cada punto de intersección de la vía.  Abscisar los puntos especiales y de importancia que hay en la vía. 3. MARCO TEÓRICO Para poder desarrollar un análisis adecuado con los datos obtenidos, se tuvo en cuenta las siguientes definiciones y ecuaciones:
  • 4. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 4 3.1 Línea de ceros: Es una línea que une los puntos obligados del proyecto conservando una pendiente especificada, constante y uniforme. Esta línea va a ras del terreno y, de coincidir con el eje de la vía, presentaría mínimo movimiento de tierras. Figura1, Línea de ceros en el plano Para trazar una línea de pendiente sobre el plano se utiliza un compás, señalando puntos sobre las curvas de nivel que formen líneas de igual longitud, equivalente a la abertura del compás, que se calcula de la siguiente manera: Analizando unas curvas de nivel sencillas (ver gráfica) se puede apreciar que la línea que debe marcar el compás corresponde a la proyección horizontal de la línea que une los puntos A y B, es decir, la línea AC. A su vez, la proyección vertical (BC) corresponde a la diferencia de nivel entre los puntos A y B, o sea, la equidistancia entre las curvas de nivel. Por lo tanto, considerando que Tan (α) es la pendiente del posible “eje de la vía”, entonces la abertura del compás queda: 𝐴𝐶 = 𝐵𝐶 tan(𝛼) = 𝑎 = 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (1) La pendiente debe escribirse en notación decimal (2% = 0,02, por ejemplo). La abertura (a) debe buscarse en el compás a la misma escala del mapa o del plano, con la ayuda de un escalímetro. Luego se marcan sucesivamente los puntos que indique el compás sobre las curvas de nivel y se unen con trazos, partiendo desde uno de los puntos de control hasta llegar al siguiente. El procedimiento se puede repetir en sentido contrario y así encontrar una ruta diferente (Doble vía, 2007). 3.2 Línea de tendencia o preliminar: Consiste en nuevas líneas que agrupen la mayor cantidad de puntos que conforman la línea de ceros, es decir, que emplea una regresión lineal (en este caso se realizará mediante una aproximación visual) para trazar la línea de tendencia se debe considerar las siguientes características:  No superar la pendiente horizontal máxima equivalente a 12%.
  • 5. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 5  Los tramos deben ser inferiores a 300m si se encuentran en pendientes máximas (del 10 al 12%).  Procurar implementar curvas aproximadamente cada 300m.  Evitar distancias inferiores a 150m en los tramos. 3.3 Distancia de los tramos de las líneas de tendencia: Esta distancia se obtiene por medio de las coordenadas obtenidas y se obtiene y verifica midiendo con la regla los tramos en el plano. La distancia por coordenadas se obtiene por medio del teorema de Pitágoras de la siguiente manera: 𝐷 = √(∆𝑐𝑜𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑛𝑜𝑟𝑡𝑒)2 + (∆𝑐𝑜𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑒𝑠𝑡𝑒)2 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (2) D: Distancia del tramo de la línea de tendencia. (∆ Coordenadas norte): diferencia de las coordenadas norte de los puntos que conforman el tramo. (∆ Coordenadas este): diferencia de las coordenadas este de los puntos que conforman el tramo. (Moreno, D. 2012). 3.4 El cálculo de la pendiente según el método topográfico: Según, Puertos de montaña, APM. 2004 “la pendiente es la relación que existe entre el desnivel que se debe superar y la distancia en horizontal que se debe recorrer. La distancia longitudinal se mide en el mapa en centímetros y posteriormente se pasa a la escala real. La pendiente se expresa en porcentaje”. Para calcular una pendiente en tantos por ciento basta con resolver la siguiente regla de tres: (𝑃) = 𝐴𝐵𝑆 /𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑡𝑎𝑠(∆𝑍)/ /𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙(∆𝑋)/ ∗ 100 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (3) 3.5 Acimut: El acimut de una línea es el ángulo horizontal medido en el sentido de las manecillas del reloj a partir de un meridiano de referencia, el cual se debe expresar en grados, minutos y segundos. Lo más usual es medir el azimut desde el Norte (sea verdadero, magnético o arbitrario), pero a veces se usa el Sur como referencia. Los acimuts varían desde 0° hasta 360° y no se requiere indicar el cuadrante que ocupa la línea observada. Los azimuts de cada tramo se calculan mediante la siguiente ecuación: 𝐴𝑧 = 𝐴𝑟𝑐 𝑇𝑎𝑛 ( ∆𝑌 ∆𝑋 ) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (4) ∆Y: Diferencia entre coordenadas este de los puntos que conforman el tramo (final-inicial). ∆X: Diferencia entre coordenadas norte de los puntos que conforman el tramo (final- inicial). (Doble vía, 2007). 3.6 Angulo de deflexión [∆]: El que se forma con la prolongación de uno de los alineamientos rectos y el siguiente. Puede ser a la izquierda o a la derecha según si está medido en sentido anti horario o a
  • 6. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 6 favor de las manecillas del reloj, respectivamente. Es igual al ángulo central subtendido por el arco (Δ); La deflexión se debe expresar en grados, minutos y segundos. Figura2, ángulos de deflexión. Figura 2. Ángulo de deflexión. Estos ángulos se pueden obtener mediante la siguiente ecuación: 𝛥𝜃 = 𝐴𝑧 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 – 𝐴𝑧 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (5) (Doble vía, 2007). 3.7 Escala: Es la relación matemática que existe entre las dimensiones reales y las del dibujo que representa la realidad sobre un plano o un mapa (Escala y tipos de escala. S f). 𝐸𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 = 𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑎𝑝𝑒𝑙 𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (6) 3.8 Coordenadas geográficas: Los paralelos y meridianos forman una red geográfica de líneas imaginarias que permiten ubicar la posición de un punto cualquiera en la superficie terrestre. Éstas se definen con coordenadas Geográficas o terrestres, las cuales son la latitud y longitud.  Latitud: Es la distancia que existe entre un punto cualquiera y el Ecuador  Longitud: Es la distancia que existe entre un punto cualquiera y el Meridiano de Greenwich. El Meridiano de Greenwich se toma como la línea de base, y le corresponde la Longitud de 0º. (PortalEducativo, 2011). 3.9 Alineamiento horizontal: El alineamiento horizontal es una proyección sobre un plano horizontal en el cual la vía está representada por su eje y por los bordes izquierdo y derecho. El eje es la línea imaginaria que va por el centro de ella y que se dibuja con la convención general de los ejes. Los bordes izquierdo y derecho son las líneas que demarcan exteriormente la zona utilizable por los vehículos (Giménez, A. S f).
  • 7. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 7 3.10 Velocidad de diseño: Asignada por las características topográficas del terreno y según la normatividad de Manual de Diseño Geométrico para carreteras del Instituto Nacional de Vías (2008), para la cual se debe tener en cuenta el tipo de carretera según su funcionalidad y el tipo de terreno como se presenta en la tabla. Tabla 1. Velocidad de Diseño 3.11 Radio mínimo: El radio mínimo se calcula a partir de la velocidad de diseño, en donde a partir de esta velocidad y de los parámetros como el peralte e y la fricción trasversal f que otorgan el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del Instituto Nacional de Vías (2008) en la tabla 2, Se realiza el cálculo del radio mínimo dependiendo la velocidad de diseño escogida y las variables relacionadas a ella. Tabla 2. Peralte y fricción transversal 𝑅𝑚í𝑛 = (𝑉𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 )2 127(𝑒 + 𝑓) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (7) Para la elección de los radios adecuados debe cumplirse siempre que:
  • 8. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 8 R > Rmín. Puntos de control, G redondo, múltiplos de 30´ Entretangencias adecuadas 3.12 Curvas circulares simples: Cuando dos tangentes están unidas entre sí por una sola curva circular, ésta se denomina curva simple. En el sentido del cadenamiento, las curvas simples pueden ser hacia la izquierda o hacia la derecha. En donde: PI: Punto de cruce de dos tangentes. PC: Punto de inicio de la curva. PT: Punto final de la curva. Δ: Ángulo de deflexión en el PI, en grados o radianes. R: Radio del arco circular, en metros. CL: Cuerda larga. T: Tangente del empalme, en metros. E: distancia de PI al punto medio de la curva. F: distancia desde el punto medio de la curva hasta el punto medio del acorde largo. Figura3. Componentes geométricas de la Vía 3.12.1 Tangente (T): Distancia desde el punto de intersección de las tangentes (PI); los alineamientos rectos también se conocen con el nombre de tangentes, si se trata del tramo recto que queda entre dos curvas se le llama entre tangencia hasta cualquiera de los puntos de tangencia de la curva (PC o PT). 𝑇 = 𝑅 tan( ∆ 2 ) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (8) 3.12.2 Entretangencias: Se entiende por Entre tangencia el tramo recto entre dos curvas horizontales contiguas, es decir, la distancia entre el PT de una curva y el PC. 3.12.3 Radio (R): El de la circunferencia que describe el arco de la curva. 𝑅 = 𝑇 tan( ∆ 2 ) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (9) 3.12.4 Cuerda larga (CL): Línea recta que une al punto de tangencia donde comienza la curva (PC) y al punto de tangencia donde termina (PT).
  • 9. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 9 𝐶𝐿 = 2 𝑅 𝑠𝑖𝑛( ∆ 2 ) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (10) 3.12.5 Externa (E): Distancia desde el PI al punto medio de la curva sobre el arco. 𝐸 = 𝑇tan ( ∆ 4 ) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (11) 𝐸 = 𝑅( 1 cos( ∆ 2 ) − 1) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (12) 3.12.6 Ordenada Media (M) o flecha (F): Distancia desde el punto medio de la curva hasta el punto medio de la cuerda larga. 𝑀 = 𝑅(1 − cos( ∆ 2 )) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (13) 3.12.7 Grado de curvatura (G): Corresponde al ángulo central subtendido por un arco o una cuerda unidad de determinada longitud, establecida como cuerda unidad (c) o arco unidad (s). Figura 4. Geometría y descomposición angular de la Vía. 𝐺𝑐 = 2 𝐴𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛( 𝑐 2𝑅 ) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (14) Donde, 𝑐 es el arco unidad o la cuerda unidad y 𝑅 el radio de curvatura. 3.12.8 Longitud de la curva (L): Es la longitud del arco circular entre sus puntos extremos y se obtiene mediante la siguiente ecuación. 𝐿 = 𝑐∆ 𝐺𝑐 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (15) Siendo 𝑐 = La cuerda unidad, ∆= El ángulo de deflexión y 𝐺𝑐 = El grado de curvatura.
  • 10. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 10 3.12.9 Ángulo de deflexión (δ): Es el que se forma entre cualquier línea tangente a la curva y la cuerda que va desde el punto de tangencia y cualquier otro punto sobre la curva. 𝛿 = ∅ 2 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (16) Donde ∅ = Ángulo central (ver figura. 4) (Doble vía, 2007). 3.13 Cálculo del abscisado: Coordenada de dirección horizontal que aparece en un plano cartesiano rectangular y que se expresa como la distancia que existe entre un punto y el eje vertical. El denominado eje de abscisas representa al eje de coordenadas horizontal. 𝑃 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑘0 + 000 𝑃𝐶𝑖 = 𝑃𝑇(𝑖 − 1) + 𝐷𝑖 − 𝑇(𝑖 − 1) − 𝑇𝑖 𝐸𝑐𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (17) 𝑃𝑇𝑖 = 𝑃𝐶𝑖 + 𝐿𝐶𝑖 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (18) Donde 𝑖 = 0,1,2… 𝑛 4. PROCEDIMIENTO En la práctica No 2 se siguieron los siguientes pasos en lo que refiere al diseño geométrico de la vía, con determinación de características preliminares que permiten un adecuado manejo de información y generación de soluciones o propuestas que pueden adecuarse eficazmente al proceso de diseño: 1) Obtener la equidistancia en las curvas de nivel. 2) La pendiente es de 7,1428%, por lo que la abertura del compás será de 1,4 cm. 3) Con la misma abertura del compás se procede a marcar una serie de puntos (deben pasar por los puntos obligados) en curvas de nivel consecutivas, ya sea superior o inferior. 4) Al culminar con el paso anterior se traza una línea que une todos los puntos llamada línea de ceros. 5) Se traza una línea de tendencia, cada tramo de esta debe agrupar la mayor cantidad de puntos que conforman los tramos de la línea de ceros. 6) Se calcularon las coordenadas de cada punto PI que conforman los tramos de la línea de tendencia. 7) Se calcularon las distancias de cada tramo de la línea de tendencia. 8) Se calcularon las pendientes de cada tramo de la línea de tendencia. 9) Se calcularon los azimuts de cada tramo. 10) Se calcularon los ángulos de deflexión. 11) Se determinó la velocidad de diseño para cada tramo, teniendo en cuenta las indicaciones dadas. 12) Se hizo el cálculo del radio mínimo de cada curva.
  • 11. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 11 13) Se calcularon los demás elementos que componen una curva como: tangente, radio de curvatura, longitud de la curva. 14) Se hizo el abscisado de los puntos especiales según las indicaciones dadas. 5. CÁLCULOS TÍPICOS Línea de ceros. Para determinar la distancia horizontal entre curvas, que corresponde a la abertura del compás, con el fin de trazar la linea de ceros, se recurrió a la ecuación (1); para efectos prácticos se considero una pendiente uniforme del 7% y una equidistancia entre dos curvas de nivel consecutivas. Haciendo uso de la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (1) se halla la abertura 𝑎 con la que trabajara el compás en el plano topográfico, de la siguiente forma: 𝑎 = 2𝑚 0,07 = 28,57 𝑚 Y aplicando la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (6) de la escala para el cálculo anterior, luego, sabiendo que la escala es 1:2000, tenemos: 𝑎 = 28,27𝑐𝑚 20 Pero para realizar una línea de ceros con más exactitud se redondea el anterior valor a 1,4 𝑐𝑚 por lo que la pendiente cambia a 7,1428% Pendiente de la vía. Para (PI 1- PI 2) se hizo uso de la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (3) , por ejemplo: ( 𝑃) = (1770 − 1756)𝑚 (377,725362.582)𝑚 ∗ 100 = 3.9% Coordenadas de los PI. Los cálculos de las coordenadas de los PI se basaron en la escala, las coordenadas Norte-Este presentes en el plano topográfico. Azimut. Para el punto P-1. Con la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (4) Se tiene: 𝐴𝑧 = 𝐴𝑟𝑐 𝑇𝑎𝑛( 838163 − 838428,385 1190384 − 1190631.06 ) = 47°2′52.87" 𝐴𝑧 = 47°2′52.87"′+ 180° = 227°2′52,87′′ Distancia de los tramos de las líneas de tendencia. Para (P1- PI 1) se obtiene mediante la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (2) de la siguiente manera: √(838163 − 838428,385)2 + (1190384 − 1190631.06)2 = 362.584 𝑚
  • 12. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 12 Ángulo de deflexión [∆]. Para el PI 1 se realiza el cálculo del ángulo de deflexión mediante la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (5) de la siguiente forma: 𝛥𝜃 = 𝐴𝑧 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 – 𝐴𝑧 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = 227.049 − 168.393 = 58.656 = 58°39′.6" Radio mínimo. Para todo el tramo de la vía. Se calculó el radio mínimo con la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (7): 𝑅𝑚í𝑛 = 502 127(0,08+0,164) = 81.64m Tangente (T). La tangente de los puntos PI se halla mediante la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (8), de la siguiente manera: 𝑇 = 95.504 ∗ 𝑇𝑎𝑛 ( 58°39’22" 2 ) = 53.656𝑚 𝑇 = 81.864 ∗ 𝑇𝑎𝑛 ( 83°31’53" 2 ) = 73.106𝑚 Cuerda larga (CL) Para obtener la longitud de la cuerda larga, se empleó la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (10). 𝐶𝐿 = 2 ∗ 95.504 𝑠𝑖𝑛( 58°39’22" 2 ) = 18,7735𝑚 Grado de curvatura (G). Este valor se obtiene mediante la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (14) así: 𝐺𝑐 = 2 𝐴𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛 5 2 ∗ 95.504 = 3°00′00’’ 𝐺𝑐 = 2 𝐴𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛 5 2 ∗ 81.864 = 3 °30’00" Aproximaciones: No fueron necesarias, debido al valor exacto del cálculo. Longitud de curva (LC). La longitud de curva para los puntos PI se obtiene usando la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (15) de la siguiente manera: 𝐿𝐶 = ( 5 ∗ 58°39’22" ’’3°00′00’’ ) = 97.760𝑚 𝐿𝐶 = ( 5 ∗ 83°31’53" ’’3°30′00’’ ) = 119.330𝑚
  • 13. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 13 Cálculo del abscisado. En la determinación del cálculo del abscisado se utilizó la 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (17) y 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (18) para el abscisado del PC2 y PT2 respectivamente: 𝑃𝐶2 = K0 + Distancia1 − T1 = 362.582 − 53.656 = K0 + 308.926m 𝑃𝑇2 = 𝐾0 + 𝑃𝐶2 + 𝐿1 = 𝐾0 + 308.926 + 97.760 = 𝐾0 + 406.686𝑚 RESULTADOS Y ANALISIS Teniendo en cuenta que el objetivo general de esta práctica es realizar el trazado de una vía que cumpla con todos los requerimientos y geometría sugeridos, todo el procedimiento ira encaminado hacia este. Luego de hacer el trazado de ceros y la línea preliminar de la vía en base a esta, se calculó los siguientes resultados: Tabla 3. Resultados de cálculos requeridos Las pendientes anteriormente calculas y las distancias medidas en los tramos que se observan en la tabla 3 brinda información sobre el tipo del terreno en el cual se trabaja, para tener en cuenta al momento de calcular la geometría de la vía y cumplir con las especificaciones. Para este caso ninguna pendiente se pasó del límite de 12% máximo requerido, pero para que esto se pudiera cumplir las longitudes debieron de trazarse lo más extensas posibles, aunque ninguna superó los 400m. El cálculo de azimuts y deflexiones hallados en la tabla 3, se hace para proseguir con la segunda parte de la práctica, que como se mencionó anteriormente. Consiste en completar una cartera que contenga todos los datos, cálculos y geometría requeridos para cada punto. COTAS LONGITUD PENDIENTE PT NORTE ESTE (msnm) (m) (%) ° '" ° '" 1 1190631,055 838428,385 1756 362,582 3,9 227 2 55 A 1190384 838163 1770 377,725 2,6 168 23 33 58 39 22 K0 + 406,69 B 1190014 838239 1780 151,885 6,6 251 55 26 83 31 53 C 1189966,873 838094,611 1770 322,821 1,2 291 24 33 39 28 57 K0 + 776,98 D 1190084,697 837794,06 1766 210,712 9,5 168 47 48 122 36 36 E 1189878 837835 1786 347,674 9,8 149 58 8 18 49 39 K0 + 882,78 F 1189577 838009 1820 151,238 9,3 234 25 6 84 26 58 G 1189489 837886 1806 355,095 3,9 157 51 28 76 33 37 K1 + 201,83 FINAL 1189160,093 838019,837 1820 COORDENADAS PUNTO AZIMUTS DELTA K0+000 ABSCISAS
  • 14. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 14 Tabla 4. Cartera de alineamiento horizontal con los elementos geométricos de la vía Después de obtener las deflexiones y sabiendo que el terreno para este caso es montañoso, se selecciona una velocidad de diseño dada en la tabla 1 que para este caso fue de 50KM/h, y un peralte recomendado en la tabla 2. Con esto se complementó los datos necesarios para calcular el radio mínimo a utilizar, tangentes, grado de curvatura, longitud de curva y posterior a esto el abscisado para cada PC y PT. Una de las recomendaciones para la práctica fue que las entre tangencias cumplieran de un mínimo 80metros, esto se calculó con la distancia entre PI menos las tangencias, y se pudo corroborar que cada entre tangencia se encuentra por encima de dicho valor, por lo que el radio mínimo escogido es óptimo. NORTE ESTE 1 (Inicial) 1190631,06 838428,385 1756 1 362,582 3,9 227,049 227°02'55'' A 1190384 838163 1770 2 377,725 2,6 168,393 168°23'33'' B 1190014 838239 1780 3 151,885 6,6 251,924 251°55'26'' C 1189966,873 838094,611 1770 4 322,821 1,2 291,407 291°24'23'' D 1190084,7 837794,06 1766 5 210,712 9,5 168,797 168°47'48'' E 1189878 837835 1786 6 347,674 9,8 149,969 149°58'08'' F 1189577 838009 1820 7 151,238 9,3 234,418 234°25'06'' G 1189489 837886 1806 8 355,095 3,9 157,858 157°51'28'' 3 (Final) 1189160,09 838019,837 1820 2 TRAMO PUNTO COORDENADAS COTAS DISTANCIA (m) PENDIENTE (%) ACIMUTS (°) ACIMUTS (° ' '') PC PT 227°02'55'' 58,656 58°39'22'' 95,504 53,656 8 5 3,000 3°00'00'' 97,760 K0 + 308,93 K0 + 406,69 168°23'33'' 83,531 83°31'53'' 81,864 73,106 8 5 3,500 3°30'00'' 119,330 K0 + 657,65 K0 + 776,98 251°55'26'' 39,483 39°28'57'' 81,864 29,378 8 5 3,500 3°30'00'' 56,404 K0 + 826,38 K0 + 882,78 291°24'23'' 122,610 122°36'36'' 81,864 149,558 8 5 3,500 3°30'00'' 175,157 K1 + 026,67 K1 + 201,83 168°47'48'' 18,828 18°49'39'' 95,504 15,834 8 5 3,000 3°00'00'' 31,379 K1 + 247,15 K1 + 278,52 149°58'08'' 84,449 84°26'58'' 81,864 74,294 8 5 3,500 3°30'00'' 120,642 K1 + 536,07 K1 + 656,71 234°25'06'' 76,560 76°33'37'' 81,864 64,606 8 5 3,500 3°30'00'' 109,372 K1 + 669,05 K1 + 778,42 157°51'28'' T (m) ACIMUTS (° ' '') DEFLEXION (°) DEFLEXION (° ' '') R (m) K2 + 133,52 K0+000 e (%) C (m) G (°) G (° ' '') L (m) ABSCISAS
  • 15. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 15 6. CONCLUSIONES  Según lo estudiado y analizado en esta práctica se puede decir primeramente que un buen diseño geométrico hará que la vía sea eficaz, segura y cómoda para el transporte de pasajeros o carga; además la población obtendrá beneficios y será más productiva.  Seguidamente es importante considerar que la seguridad de la vía no solo depende de un buen diseño geométrico, hay otros factores que tienen gran influencia, como una correcta señalización ya sea por medio señales preventivas o informativas.  Los parámetros de diseño de curvatura se hicieron con una velocidad de diseño de 50 km/h, la cual era una de las velocidades mínimas según el tipo de terreno sobre el cual se trazaba la vía y que además ayudo a que se cumpliera la distancia mínima de entre tangencias.  Un correcto trazado de vía se da desde un inicio con un correcto estudio del tipo de terreno, una elección adecuada de línea de ceros, una línea preliminar que se pueda aplicar en la realidad sin cambios bruscos en su trazado o en sus pendientes, y al final unas curvaturas que den seguridad a las vidas que estarán circulando sobre esta.  El alineamiento horizontal realizado en esta práctica se hizo con el fin de que sus cambios de direcciones estén dadas para cumplir con un destino o punto final, recorriendo el trayecto más adecuado donde se intenta cumplir con satisfacción las especificaciones o requerimientos dados por el docente encargado.
  • 16. UNIVERSIDADDE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DISEÑOGEOMETRICO DE VIAS 16 7. BIBLIOGRAFIA  Doble vía. (2007). Línea de ceros en un plano. Ibagué, Colombia. Recuperado de https://doblevia.wordpress.com/2007/02/08/linea-de-ceros-en-un-plano/.  Puertos de montaña, [APM]. (2004). Calculo de la pendiente de una carretera. Recuperado de http://www.altimetrias.net/articulos/4ComoPendiente.asp  Doble vía, (2007). Rumbo y Azimut. Ibagué, Colombia. Recuperado de https://doblevia.wordpress.com/2007/03/19/rumbo-y-azimut/  Doble vía, (2007). Curvas circulares simples. Ibagué, Colombia. Recuperado de https://doblevia.wordpress.com/2007/03/19/curvas-circulares-simples/  Escala y tipos de escala. S f. Recuperado de https://prezi.com/dcymid0j4eve/la- escala-es-la-relacion-matematica-que-existe-entre-las-dim/  Portal Educativo. (2011). Coordenadas geográficas. Recuperado de https://www.portaleducativo.net/quinto-basico/684/coordenadas-geograficas  Giménez, A. S f. Alineamientos horizontales y verticales, visibilidad en carreteras y curvas de tracción. Recuperado de https://es.calameo.com/read/00437318366014815893f  Instituto Nacional de Vías, (2008). Manual de Diseño Geométrico de carreteras. Bogotá, Colombia.  Moreno, D. (2012). Trazando del Alineamiento Horizontal.