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1 DISEÑO GEOMÉTRICO AVENIDA DEL RÍO TUNJA (ENTRE CALLES 15 Y 24) HELBERT DAVID BALLESTEROS BARRERA VIVIANA KATALINA PEDRAZA MORA UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA DE INGENIERÍA DE TRANSPORTE Y VÍAS TUNJA 2019 2 DISEÑO GEOMÉTRICO AVENIDA DEL RÍO TUNJA (ENTRE CALLES 15 Y 24) HELBERT DAVID BALLESTEROS BARRERA VIVIANA KATALINA PEDRAZA MORA Proyecto de Grado para optar al título de Ingeniero Civil Ingeniero en Transporte y Vías Director JAIME PEDROZA SOLER Magíster en Ingeniería Civil con énfasis en Infraestructura Vial UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA DE INGENIERÍA DE TRANSPORTE Y VÍAS TUNJA 2019 3 Nota de aceptación: ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ Firma del presidente del jurado ______________________________________ Firma del jurado ______________________________________ Firma del jurado Tunja, 29 de marzo de 2019 4 Dedico este trabajo a mis padres porque son el motor de mi vida y porque gracias a ellos cada sueño se convierte en realidad. A Catherin que ha ofrecido su apoyo constante durante este proceso y es una gran compañía en mi vida. A mi familia por ser la fuente de todas las cosas importantes en mi vida. A mis amigos, a mis maestros y a mi gloriosa alma mater. Helbert 5 A Dios por guiar mis pasos y brindarme tantas bendiciones. A mis padres porque durante toda mi vida se han preocupado por darme siempre lo mejor, apoyándome y brindándome un amor tan sincero. A mi abuelita por estar a mi lado, apoyarme y enseñarme lo que solo una gran mujer como ella puede brindar. A mi hermanita porque aun siendo menor que yo, me enseña siempre grandes cosas, me apoya y llena mi vida de felicidad. A Nico por su compañía, apoyo incondicional y el amor que me brinda cada día. Los amo mucho y me hacen muy feliz. Viviana 6 AGRADECIMIENTOS Los autores del proyecto le agradecen especialmente al Ingeniero Jaime Pedroza Soler por su dedicación en las tutorías necesarias para desarrollar la pasantía de la mejor forma. De Igual forma, al Ingeniero Silvestre Jesús Fonseca Amaya por sus orientaciones y dedicación durante el desarrollo del proyecto, al Ingeniero Francisco Acevedo por su tiempo y enseñanzas en el proceso de toma de información topográfica. Agradecemos al Ingeniero Diego Suarez por su colaboración y disposición para las tutorías necesarias en el estudio de tránsito y manejo del programa PTV VISSIM 10. Así mismo, al Ingeniero Edgar Arnaldo Calderón Malagón por el tiempo dedicado a las tutorías que fueron necesarias en el manejo de AUTOCAD CIVIL 3D 2016. De igual forma, les agradecemos a todos los ingenieros de las escuelas de Ingeniería Civil e Ingeniería de Transporte y Vías que nos aportaron sus conocimientos durante el desarrollo de nuestras carreras para culminarlas satisfactoriamente. 7 CONTENIDO pág. INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 19 1 ASPECTOS GENERALES ............................................................................. 20 1.1 GENERALIDADES MUNICIPIO DE TUNJA ............................................ 20 1.2 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO .......................................................... 21 1.3 METODOLOGÍA ...................................................................................... 22 2 MARCO TEÓRICO ........................................................................................ 23 2.1 Diseño geométrico de vías urbanas ......................................................... 23 2.1.1 Parámetros de diseño ........................................................................ 23 2.1.2 Diseño del alineamiento horizontal .................................................... 34 2.1.3 Diseño de rasante .............................................................................. 39 2.1.4 Sección transversal ........................................................................... 43 2.2 INTERSECCIONES ................................................................................. 50 2.2.1 Criterios para implementación de una intersección ........................... 51 2.2.2 Tipos de intersecciones ..................................................................... 52 2.3 ESTUDIO DE TRÁNSITO ........................................................................ 57 2.3.1 Capacidad ......................................................................................... 57 2.3.2 Nivel de servicio ................................................................................. 58 3 ESTUDIO DE TRÁNSITO .............................................................................. 60 3.1 ESTUDIOS PREVIOS .............................................................................. 60 3.2 AFOROS REALIZADOS .......................................................................... 63 3.2.1 Análisis resultados aforos intersección calle 24 con avenida del Río 65 3.2.2 Análisis resultados aforos intersección calle 18 con avenida del Río 71 3.2.3 Análisis resultados aforos intersección calle 15 con avenida del Río 72 3.3 PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO .............................................................. 78 3.3.1 Crecimiento del parque automotor de la ciudad de Tunja ................. 78 3.3.2 Evolución del PIB Boyacá .................................................................. 79 3.3.3 Información de flujos vehiculares a partir de cartillas INVÍAS ............ 80 3.3.4 Información de flujos vehiculares a partir de las casetas de peaje concesión BTS ............................................................................................... 83 8 3.3.5 Ajuste de los volúmenes de tránsito actuales .................................... 84 3.3.6 Determinación de las tasas de proyección ........................................ 85 4 DISEÑO GEOMÉTRICO DEL CORREDOR VIAL ......................................... 89 4.1 CLASIFICACIÓN DE LA VÍA .................................................................... 89 4.1.1 Clasificación del tipo de terreno ......................................................... 89 4.1.2 Clasificación de la vía según su funcionalidad .................................. 91 4.2 CONTROLES PARA EL DISEÑO GEOMÉTRICO ................................... 93 4.2.1 Velocidad de diseño .......................................................................... 93 4.2.2 Análisis de velocidades específicas ................................................... 95 4.2.3 Vehículo de diseño ............................................................................ 96 4.3 DISEÑO DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL ............................................ 97 4.3.1 Sección transversal de la vía existente .............................................. 97 4.3.2 Dimensionamiento de la sección transversal ..................................... 99 4.4 DISEÑO GEOMÉTRICO EN PLANTA Y PERFIL .................................. 105 4.4.1 Alternativa de diseño uno ................................................................105 4.4.2 Alternativa de diseño dos ................................................................ 124 4.5 CONSIDERACIONES DE SEÑALIZACIÓN ........................................... 137 4.5.1 Señalización vertical ....................................................................... 138 4.5.2 Señalización horizontal .................................................................... 139 5 DISEÑO DE INTERSECCIONES ................................................................. 140 5.1 DESCRIPCIÓN DE ALTERNATIVAS ..................................................... 141 5.1.1 Intersección avenida del río con calle 24 ......................................... 141 5.1.2 Intersección avenida del río con calle 18 ......................................... 146 5.1.3 Intersección avenida del río con calle 15 ......................................... 149 5.2 ANÁLISIS MULTICRITERIO .................................................................. 153 5.2.1 Análisis de costos ............................................................................ 153 5.2.2 Evaluación ambiental ....................................................................... 167 5.2.3 Evaluación operacional .................................................................... 175 5.3 SELECCIÓN DE LAS ALTERNATIVAS ................................................. 177 5.4 DISEÑO GEOMÉTRICO DE INTERSECCIONES ................................. 180 5.4.1 Intersección Avenida del Río con calle 24 ....................................... 180 5.4.2 Intersección avenida del rÍo con calle 18 ......................................... 184 5.4.3 Intersección avenida del río con calle 15. ........................................ 185 9 6 ANÁLISIS DE COSTOS ............................................................................... 188 6.1 ANÁLISIS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS ........................................... 188 6.2 ANÁLISIS DE COSTOS DIRECTOS ...................................................... 189 7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 193 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 195 INFOGRAFÍA ...................................................................................................... 197 ANEXOS ............................................................................................................. 198 10 LISTA DE TABLAS pág. Tabla 1. Dimensiones del Vehículo de Diseño ...................................................... 26 Tabla 2. Radios de giro mínimos en las trayectorias vehiculares. ......................... 28 Tabla 3. Grados de curvatura máximos para diferentes velocidades de diseño y peraltes máximos .................................................................................................. 36 Tabla 4. Pendientes máximas permitidas en proyectos nuevos ............................ 40 Tabla 5. Valores máximos y mínimos recomendados para bermas urbanas ........ 45 Tabla 6. Anchos de andén según escala urbana de implementación. .................. 47 Tabla 7. Jerarquización Vial: Características y Restricciones ............................... 93 Tabla 8. Velocidad de diseño a partir del tipo de terreno y la jerarquía vial. ......... 94 11 LISTA DE CUADROS pág. Cuadro 1. Distancias de visibilidad de parada en tramos a nivel .......................... 32 Cuadro 2. Distancias de visibilidad de parada en tramos con pendiente .............. 33 Cuadro 3. Descripción Niveles de Servicio............................................................ 59 Cuadro 4. Vehículos mixtos día atípico calle 24 con Avenida del Río entre 7:15- 9:15 ....................................................................................................................... 67 Cuadro 5. Vehículos mixtos día atípico calle 24 con Avenida del Río entre 11:00- 13:00 ..................................................................................................................... 67 Cuadro 6. Vehículos mixtos día típico calle 24 con Avenida del Río entre 7:15-9:15 .............................................................................................................................. 68 Cuadro 7. Vehículos mixtos día típico calle 24 con Avenida del Río entre 11:00- 13:00 ..................................................................................................................... 69 Cuadro 8. Vehículos mixtos día típico calle 18 con Avenida del Río entre 7:15-9:15 .............................................................................................................................. 71 Cuadro 9. Vehículos mixtos día atípico calle 15 con Avenida del Río entre 7:15- 9:15 ....................................................................................................................... 73 Cuadro 10. Vehículos mixtos día atípico calle 15 con Avenida del Río entre 11:00- 13:00 ..................................................................................................................... 74 Cuadro 11. Vehículos mixtos día típico calle 15 con Avenida del Río entre 11:00- 13:00 ..................................................................................................................... 75 Cuadro 12. Vehículos mixtos día típico calle 15 con Avenida del Río entre 7:15- 9:15 ....................................................................................................................... 76 Cuadro 13. Vehículos registrados en la ciudad de Tunja ...................................... 78 Cuadro 14. Datos históricos PIB Boyacá .............................................................. 79 Cuadro 15. Datos históricos de TPD y PIB Boyacá ............................................... 82 Cuadro 16. Datos de TPD peaje Albarracín y PIB Boyacá .................................... 83 Cuadro 17. Ajuste de los volúmenes de tránsito ................................................... 85 Cuadro 18. Determinación de las tasas de crecimiento ........................................ 86 Cuadro 19. Pendientes zona de estudio ............................................................... 89 Cuadro 20. Elevaciones zona de estudio. ............................................................. 91 Cuadro 21. Velocidades específicas para cada curvatura. ................................... 95 Cuadro 22. Dimensiones principales de los vehículos de diseño .......................... 97 Cuadro 23. Radios mínimos para peralte de 6% y fricción máxima. ................... 105 Cuadro 24. Radios de curvaruta segun velocidad específica y peraltes para peralte máximo de 6% ..................................................................................................... 107 Cuadro 25. Calzada derecha............................................................................... 108 Cuadro 26. Calzada izquierda ............................................................................. 108 Cuadro 27. Variación de la aceleración centrifuga (J) ......................................... 109 Cuadro 28. Valores máximos y mínimos de la pendiente longitudinal para rampas ............................................................................................................................ 110 Cuadro 29. Elementos geométricos de curvatura calzada derecha .................... 115 12 Cuadro 30. Elementos geométricos de curvatura calzada izquierda ................... 116 Cuadro 31. Verificación de parámetros mínimos calzada derecha ..................... 117 Cuadro 32. Verificación de parámetros mínimos calzada derecha ..................... 117 Cuadro 33. Longitud de entretangencias calzada derecha ................................. 119 Cuadro 34. Longitud de entretangenciascalzada izquierda ................................ 119 Cuadro 35. Evaluación diferencia entre la velocidad de diseño y el percentil 85 calzada derecha .................................................................................................. 122 Cuadro 36. Evaluación cambio de velocidad en curvas horizontales, calzada derecha ............................................................................................................... 123 Cuadro 37. Evaluación diferencia entre la velocidad de diseño y el percentil 85 calzada izquierda ................................................................................................ 124 Cuadro 38. Evaluación cambio de velocidad en curvas horizontales, calzada izquierda .............................................................................................................. 124 Cuadro 39. Longitud de alineamientos calzada derecha ..................................... 125 Cuadro 40. Longitud de alineamientos calzada izquierda ................................... 126 Cuadro 41. Elementos geométricos de curvatura calzada derecha .................... 127 Cuadro 42. Elementos geométricos de curvatura calzada izquierda ................... 128 Cuadro 43. Longitud de entre tangencias calzada derecha ................................ 130 Cuadro 44. Longitud de entre tangencias calzada izquierda ............................... 130 Cuadro 45. Alineamientos verticales calzada derecha ........................................ 132 Cuadro 46. Alineamientos verticales calzada izquierda ...................................... 132 Cuadro 47. Información curvas verticales ........................................................... 134 Cuadro 48. Evaluación diferencia entre la velocidad de diseño y el percentil 85 calzada derecha .................................................................................................. 135 Cuadro 49. Evaluación cambio de velocidad en curvas horizontales, calzada derecha ............................................................................................................... 135 Cuadro 50. Evaluación diferencia entre la velocidad de diseño y el percentil 85 calzada izquierda ................................................................................................ 136 Cuadro 51. Evaluación cambio de velocidad en curvas horizontales, calzada izquierda .............................................................................................................. 137 Cuadro 52. Cantidades de obra y costos de construcción alternativa 1, Int. Av. Del Río con calle 24 ................................................................................................... 155 Cuadro 53. Adquisición de predios alternativa 1, Int. Av. Del Río con calle 24 ... 156 Cuadro 54. Inversiones iniciales alternativa 1, Int. Av. Del Río con calle 24 ....... 156 Cuadro 55. Inversiones iniciales alternativa 2, Int. Av. Del Río con calle 24 ....... 156 Cuadro 56. Cantidades de obra y costos de construcción alternativa 3, Int. Av. Del Río con calle 24 ................................................................................................... 157 Cuadro 57. Adquisición de predios alternativa 3, Int. Av. Del Río con calle 24 ... 157 Cuadro 58. Inversiones iniciales alternativa 3, Int. Av. Del Río con calle 24 ....... 158 Cuadro 59. Cantidades de obra y costos de construcción alternativa 1, Int. Av. Del Río con calle 18 ................................................................................................... 159 Cuadro 60. Adquisición de predios alternativa 1, Int. Av. Del Río con calle 18 ... 159 Cuadro 61. Inversiones iniciales alternativa 1, Int. Av. Del Río con calle 18 ....... 159 Cuadro 62. Cantidades de obra y costos de construcción alternativa 2, Int. Av. Del Río con calle 18 ................................................................................................... 160 13 Cuadro 63. Inversiones iniciales alternativa 2, Int. Av. Del Río con calle 18 ....... 161 Cuadro 64. Cantidades de obra y costos de construcción alternativa 3, Int. Av. Del Río con calle 18 ................................................................................................... 161 Cuadro 65. Adquisición de predios alternativa 3, Int. Av. Del Río con calle 18 ... 162 Cuadro 66. Inversiones iniciales alternativa 3, Int. Av. Del Río con calle 18 ....... 162 Cuadro 67. Cantidades de obra y costos de construcción alternativa 1, Int. Av. Del Río con calle 15 ................................................................................................... 163 Cuadro 68. Adquisición de predios alternativa 1, Int. Av. Del Río con calle 15 ... 163 Cuadro 69. Inversiones iniciales alternativa 1, Int. Av. Del Río con calle 15 ....... 164 Cuadro 70. Cantidades de obra y costos de construcción alternativa 2, Int. Av. Del Río con calle 15 ................................................................................................... 164 Cuadro 71. Adquisición de predios alternativa 2, Int. Av. Del Río con calle 15 ... 165 Cuadro 72. Inversiones iniciales alternativa 2, Int. Av. Del Río con calle 15 ....... 165 Cuadro 73. Cantidades de obra y costos de construcción alternativa 3, Int. Av. Del Río con calle 15 ................................................................................................... 166 Cuadro 74. Adquisición de predios alternativa 3, Int. Av. Del Río con calle 15 ... 166 Cuadro 75. Inversiones iniciales alternativa 3, Int. Av. Del Río con calle 15 ....... 167 Cuadro 76. Calificación según la magnitud de los efectos .................................. 167 Cuadro 77. Evaluación ambiental intersección Avenida del Río con calle 24 ..... 171 Cuadro 78. Evaluación ambiental intersección Avenida del Río con calle 18 ..... 173 Cuadro 79. Evaluación ambiental intersección Avenida del Río con calle 15 ..... 175 Cuadro 80. Puntuación según el nivel de servicio ............................................... 176 Cuadro 81. Niveles de servicio de las alternativas propuestas ........................... 176 Cuadro 82. Puntuación según los costos ............................................................ 177 Cuadro 83. Puntuación de los costos intersección Av. Río con calle 24 .................. 177 Cuadro 84. Puntuación de los costos intersección Av. Río con calle 18 .................. 178 Cuadro 85. Puntuación de los costos intersección Av. Río con calle 15 .................. 178 Cuadro 86. Análisis multicriterio intersección Av. Río con calle 24 ..................... 179 Cuadro 87. Análisis multicriterio intersección Av. Río con calle 18 .......................... 179 Cuadro 88. Análisis multicriterio intersección Av. Río con calle 15 .......................... 179 Cuadro 89. Dimensiones vías conectoras de giro derecho Inte. Av. Del Río con calle 24 ................................................................................................................ 181 Cuadro 90. Dimensiones vías conectoras de giro derecho Inte. Av. Del Río con calle 18 ................................................................................................................ 185 Cuadro 91. Costos por localización y replanteo .................................................. 190 Cuadro 92. Costos iniciales de construcción Avenida del Río ............................ 192 14 LISTA DE IMÁGENES pág. Imagen 1. Ubicación del proyecto Avenida Del Río .............................................. 21 Imagen 2. Variables que influyen en la selección del vehículo de diseño ............. 24 Imagen 3. Trayectoria vehicular ............................................................................ 27 Imagen 4. Dimensiones para vehículos rígidos ..................................................... 29 Imagen 5. Distancias de visibilidad en intersecciones. .......................................... 34 Imagen 6. Cálculo de la longitudde transición. ..................................................... 37 Imagen 7. Diagrama de peralte típico. .................................................................. 38 Imagen 8. Curvas verticales. ................................................................................. 41 Imagen 9. Curvas verticales simétricas y asimétricas ........................................... 42 Imagen 10. Sección transversal típica de una vía primaria de dos calzadas ........ 44 Imagen 11. Intersección "X" sin canalizar controlada por PARE. .......................... 53 Imagen 12. Intersección "X" canalizada controlada por PARE .............................. 54 Imagen 13. Glorieta normal ................................................................................... 55 Imagen 14. Tipos de intercambiadores viales ....................................................... 56 Imagen 15. Volúmenes vehiculares intersección terminal. .................................... 61 Imagen 16. Volúmenes glorieta norte .................................................................... 61 Imagen 17. Ubicación de aforros realizados ......................................................... 64 Imagen 18. Clasificación por tipo de vehículo ....................................................... 65 Imagen 19. Nomenclatura de los movimientos aforados ....................................... 66 Imagen 20. Volumen vehicular por movimiento intersección calle 24 con Avenida del Río ................................................................................................................... 70 Imagen 21. Nomenclatura movimientos de la vía de la calle 18 en la intersección con la Avenida del Río .......................................................................................... 71 Imagen 22. Volumen vehicular por movimiento intersección calle 18 con Avenida del Río ................................................................................................................... 72 Imagen 23. Nomenclatura movimientos de la intersección de la calle 15 con la Avenida del Río ..................................................................................................... 73 Imagen 24. Volumen vehicular por movimiento intersección calle 15 con Avenida del Río. .................................................................................................................. 77 Imagen 25. Volúmenes de diseño intersección calle 24 con Avenida del Río ....... 87 Imagen 26. Volúmenes de diseño intersección calle 18 con Avenida del Río ....... 87 Imagen 27. Volúmenes de diseño intersección calle 15 con Avenida del Río ....... 88 Imagen 28. Mapa de pendientes del terreno ......................................................... 90 Imagen 29. Zonas autorizadas para el proyecto Avenida del Río ......................... 94 Imagen 30. Esquema de velocidades especificas ................................................. 96 Imagen 31. Sección transversal Avenida Universitaria ......................................... 98 Imagen 32. Inicio del proyecto ............................................................................... 98 Imagen 33. Ensambles para cada calzada proyecto Avenida del Río ................. 101 Imagen 34. Sección transversal cuneta triangular ............................................... 103 Imagen 35. Río Jordán. ....................................................................................... 106 15 Imagen 36. Alternativa 1, intersección Avenida del Río con calle 24 .................. 142 Imagen 37. Adecuación vía barrio Fuente Higueras ........................................... 143 Imagen 38. Intersección Avenida Universitaria con Calle 24 actualmente .......... 144 Imagen 39. Alternativa 2, intersección Avenida del Río con calle 24 .................. 144 Imagen 40. Alternativa 3, intersección Avenida del Río con calle 24 .................. 145 Imagen 41. Alternativa 1, intersección Avenida del Río con calle 18 .................. 147 Imagen 42. Alternativa 2, intersección Avenida del Río con calle 18 .................. 148 Imagen 43. Alternativa 3, intersección Avenida del Río con calle 18 .................. 149 Imagen 44. Alternativa 1, intersección Avenida del Río con calle 15 .................. 150 Imagen 45. Alternativa 2, intersección Avenida del Río con calle 15 .................. 150 Imagen 46. Retorno sentido oriente-occidente .................................................... 151 Imagen 47. Retorno sentido occidente-oriente .................................................... 151 Imagen 48. Alternativa 3, intersección Avenida del Río con calle 15 .................. 153 Imagen 49. Isleta giro derecho cuadrante sur oriental ........................................ 182 Imagen 50. Distancia de visibilidad de cruce intersección Avenida del Río con calle 24 ........................................................................................................................ 183 16 LISTA DE GRÁFICAS pág. Gráfica 1. Variación del volumen horario en la Avenida Norte .............................. 63 Grafica 2. Vehículos mixtos día atípico con Avenida del Río entre 7:15 y 9:15..... 67 Grafica 3. Vehículos mixtos día atípico calle 24 con Avenida del Río entre 11:00- 13:00 ..................................................................................................................... 68 Grafica 4. Vehículos mixtos día típico calle 24 con Avenida del Río entre 7:15-9:15 .............................................................................................................................. 69 Grafica 5. Vehículos mixtos día típico calle 24 con Avenida del Río entre 11:00- 13:00 ..................................................................................................................... 70 Grafica 6. Vehículos mixtos día típico calle 18 con Avenida del Río entre 7:15-9:15 .............................................................................................................................. 72 Grafica 7. Vehículos mixtos día atípico calle 15 con Avenida del Río entre 11:00- 13:00 ..................................................................................................................... 75 Grafica 8. Vehículos mixtos día típico calle 15 con Avenida del Río entre 11:00- 13:00 ..................................................................................................................... 76 Grafica 9. Vehículos mixtos día típico calle 15 con Avenida del Río entre 7:15-9:15. .............................................................................................................................. 77 Grafica 10. Vehículos registrados Tunja ............................................................... 79 Grafica 11. Ajuste exponencial PIB Boyacá 1995-2016 ........................................ 80 Grafica 12. Modelo de crecimiento TPD/PIB ......................................................... 81 Grafica 13. Modelo de crecimiento TPD Albarracín/PIB ........................................ 84 Grafica 14. Evaluación calzada derecha en IHSDM ............................................ 121 Grafica 15. Evaluación calzada izquierda en IHSDM .......................................... 123 Grafica 16. Evaluación calzada derecha en IHSDM ............................................ 134 Grafica 17. Evaluación calzada izquierda en IHSDM .......................................... 136 17 LISTA DE ANEXOS pág. ANEXO A. FORMATO DE TOMA DE DATOS AFOROS .................................... 198 ANEXO B. PROYECCIONES DE TRÁNSITO..................................................... 199 ANEXO C. SECCIÓN TRANSVERSAL DEL CORREDOR VIAL DE LA AVENIDA DEL RÍO .............................................................................................................. 212 ANEXO D. SEÑALIZACIÓN ................................................................................213 ANEXO E. DISEÑO GEOMÉTRICO INTERSECCIÓN AVENIDA DEL RÍO CON CALLE 24 ............................................................................................................ 214 ANEXO F. DISEÑO GEOMÉTRICO INTERSECCIÓN AVENIDA DEL RÍO CON CALLE 18 ............................................................................................................ 215 ANEXO G. DISEÑO GEOMÉTRICO INTERSECCIÓN AVENIDA DEL RÍO CON CALLE 15 ............................................................................................................ 216 ANEXO H. REPORTE MOVIMIENTO DE TIERRAS .......................................... 217 18 RESUMEN El presente documento tiene por objeto plantear el diseño geométrico de la Avenida del Río entre calles 15 y 24 en la ciudad de Tunja, así como el diseño de las respectivas intersecciones con las calles 15, 18 y 24. En primer lugar, se encontraran los aspectos generales a tener en cuenta para la contextualización del proyecto, como lo son las generalidades del municipio de Tunja, la localización del proyecto y la metodología empleada en el desarrollo del proyecto. Luego, se describen aspectos teóricos necesarios en el diseño geométrico de vías urbanas, de igual forma, las consideraciones para proponer las respectivas intersecciones y para realizar el estudio de tránsito. Por consiguiente, seguido de esto se describe el estudio de tránsito realizado, los estudios previos tenidos en cuenta, los aforos efectuados y las proyecciones de tránsito obtenidas para analizar las intersecciones propuestas en el período de diseño. Por otro lado, se especifican los aspectos de diseño del corredor vial, la clasificación de la vía proyectada, los controles de diseño, el diseño de la sección transversal, el diseño geométrico en planta y en perfil y, las consideraciones para la respectiva señalización de la vía. Enseguida, se encuentra el diseño de las intersecciones, la descripción de cada una de las alternativas propuestas para las tres intersecciones formadas, el análisis multicriterio tenido en cuenta para seleccionar la mejor alternativa y, el diseño geométrico a detalle de las alternativas escogidas. Finalmente, se presenta un análisis de costos considerando el movimiento de tierras y un análisis de costos directos. Así como, las conclusiones y recomendaciones establecidas en el desarrollo del proyecto y, los anexos pertinentes. Palabras clave: Avenida del Río, diseño geométrico, intersección, estudio de tránsito. 19 INTRODUCCIÓN El acelerado crecimiento que ha vivido la ciudad de Tunja trajo como consecuencia un aumento en la densidad vehicular que se ve reflejado en una disminución de la velocidad de recorrido aumentando los tiempos de viaje, la accidentalidad y por la tanto, causando incomodidad en los usuarios, especialmente en algunos sectores de la ciudad, como el de la zona de los barrios Fuente Higueras, San Ignacio, San Antonio, Los Patriotas. El problema principalmente se presenta debido a que el desarrollo vial de la zona no ha estado acorde con el incremento en el tránsito vehicular, razón por la cual es necesario proponer alternativas de solución para mejorar la movilidad en dicho sector, atrayendo el tránsito especialmente de la Avenida Oriental. Por esta razón, se propone el diseño geométrico de la Avenida del Río entre calles 15 y 24, planteando de igual forma, diferentes alternativas para las tres intersecciones formadas, ya que el proyecto se conecta con red vial existente, realizando los diseños del modelo más pertinente. Para esto, se hace necesaria la compilación de información secundaria relacionada con la topografía, el tránsito y la normatividad aplicable. El diseño geométrico del corredor vial y de las intersecciones está condicionado por la disponibilidad de espacio y el área de protección del río. Por ende, para cada intersección se propondrán tres (3) alternativas de solución ya sea a nivel o a desnivel y, a partir de una evaluación multicriterio se escogerá la mejor alternativa, la cual será modelada en el software de diseño pertinente. El diseño de la Avenida del Río incluye diseño planta-perfil, secciones transversales y análisis de costos iniciales. 20 1 ASPECTOS GENERALES En este capítulo se presenta una descripción de la localización del proyecto, el municipio en el cual se desarrollará y específicamente la zona de la ciudad que se verá beneficiada directamente con el trazado de la vía. De igual forma, se presenta brevemente la metodología seguida para la realización del proyecto. 1.1 GENERALIDADES MUNICIPIO DE TUNJA “La ciudad de Tunja se encuentra ubicada sobre la cordillera Oriental, en la parte central del Departamento de Boyacá, localizado a 05°32’07’’ de latitud norte y 73°22’04’’ de longitud oeste, con alturas que van desde los 2.700 m.s.n.m. hasta 3.150 m.s.n.m. en la parte más elevada, con una extensión de 121.4 Km2 y temperatura de 13°C”1. La ciudad de Tunja es la ciudad más importante del departamento de Boyacá y debido a su ubicación es el eje de la comunicación del departamento con el resto del país. “Limita por el norte con los municipios de Motavita y Cómbita, al oriente con los municipios de Oicatá, Chivatá, Soracá y Boyacá, por el sur con Ventaquemada y por el occidente con los municipios de Samacá, Cucaita y Sora”2. La ciudad se encuentra ubicada sobre el eje del sinclinal de Tunja lo que generó que el crecimiento de la ciudad se diera en forma lineal a lo largo del eje de este, que además coincide con el río Jordán, el cual atraviesa la ciudad de sur a norte. Por otro lado, el río la Vega que va de occidente a oriente, los cuales son junto con el río Jordán las principales fuentes hídricas de la ciudad. Tunja se considera un municipio cultural que cuenta con el reconocimiento, valoración, recuperación y proyección de su patrimonio histórico en los diseños, ejecuciones y desarrollos del uso del suelo y de proyectos de infraestructura. A su vez, es un municipio que se caracteriza por ser educativo, turístico, ciudad-región, fortalecedor del tejido social y el aspecto ambiental es la base de su desarrollo municipal3. 1 ALCALDIA MAYOR DE TUNJA “Presentación”[En línea]. [20 noviembre de 2018] disponible en Internet: <www.tunja-boyaca.gov.co/presentacion.shtml> 2 Ibíd. 3 TUNJA. CONCEJO MUNICIPAL. Acuerdo municipal 0014. (31, marzo, 2001). Por medio del cual se adopta el plan de ordenamiento territorial del municipio de Tunja. Tunja, 2001. p. 11. 21 El servicio público de la ciudad está conformado por Transporte Público Colectivo de pasajeros, sistema individual de taxis urbano, sistema de ciclorutas y la red vial vehicular. Las principales vías terrestres que comunican el casco urbano con el exterior de la ciudad son: la Troncal BTS (Briceño-Tunja-Sogamoso) y la carretera A62 que conduce hacia la ciudad de Bucaramanga. Dentro del perímetro de la ciudad se encuentra la Troncal Central del Norte que comunica la zona urbana con las ciudades de Duitama y Sogamoso; la Avenida Oriental con acceso a la Terminal de Transporte; las carreras 11 y 12 que atraviesan el centro histórico; y la avenida T19- Avenida Colón que comunica la cuidad con los municipios de Villa de Leyva y Chiquinquirá4. 1.2 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO El proyecto Avenida del Río se plantea como una solución a los problemas de congestión vehicular del sector nororiental de la ciudad de Tunja por lo tanto plantea una alternativa para el flujo vehicular de la Avenida Oriental conectando la Avenida Universitaria con la Avenida los Patriotas. La vía se proyecta a lo largo del Río Jordán entre las calles 24 y 15 de la ciudad de Tunja, en la Imagen 1. Ubicación del proyecto Avenida Del Río se puede observar de color rojo la líneaante-preliminar del proyecto. Imagen 1. Ubicación del proyecto Avenida Del Río Fuente: elaboración propia con base en Google Earth 4 ALCALDIA MAYOR DE TUNJA “vías”. [En línea]. [1 diciembre de 2018] disponible en: <www.tunja-boyaca.gov.co/informacion_general.shtml#vias> 22 Para el desarrollo del proyecto se cuenta con un ancho de zona de 30 metros para cada calzada a partir de la margen del río, el ancho de zona incluye una franja de protección del río además de la calzada, anden y cicloruta previstos en el proyecto y, el espacio necesario para las intersecciones tanto de la calle 15 como las calles 18 y 24. 1.3 METODOLOGÍA En primer lugar, se realizará la recolección de la información secundaria que en este caso corresponde a estudios de tránsito de vías aledañas e información topográfica que ha sido tomada por la alcaldía de Tunja, la cual permitirá un diseño que evite complicaciones en el trazado ya que se tienen en cuenta todos los factores del terreno y edificaciones cercanas, esta información será procesada con el fin de emplearla lo más útil posible. Seguido de esto, se realizará el diseño geométrico en planta y perfil que proporcionen al usuario seguridad y comodidad al transitar por estas vías, a su vez las respectivas secciones transversales de la avenida del río entre calles 24, 18 y 15. Para la realización optima de estos diseños, es necesario establecer información como vehículo de diseño, pendiente máxima de diseño, velocidad de diseño, entre-tangencia mínima y entre-tangencia máxima. A partir de esto, se realizara el análisis de los movimientos de tierra necesarios definiendo los costos de construcción iniciales. Finalmente, para las intersecciones generadas en la calle 15, la calle 24 y la calle 18 se diseñarán las mejores alternativas ya sea una intersección a nivel o desnivel, este proceso puede ser desarrollado de forma simultánea e iterativa hasta lograr los mejores resultados. Por otro lado, se definirá la señalización horizontal y vertical a implementar en la vía, definiendo el tipo de señal, su ubicación y las dimensiones con el fin de garantizar seguridad a los usuarios de la vía. El proyecto finalmente contará con un informe técnico que desarrollara el procedimiento y los resultados obtenidos, así como los respectivos planos planta- perfil, secciones transversales y, los referentes al diseño de las intersecciones. 23 2 MARCO TEÓRICO En el presente capítulo se presentan los aspectos teóricos a tener en cuenta para la realización del proyecto. 2.1 DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS URBANAS El diseño geométrico de vías urbanas consiste en la configuración tridimensional de alineamientos horizontales, alineamientos verticales y secciones transversales de tal manera que den como resultado un corredor vial seguro, cómodo y eficiente para todos los usuarios. La guía de diseño de vías urbanas define corredor vial como la “zona de circulación vehicular, ciclística y/o peatonal, con una trayectoria definida, compuesta por una franja de operación vehicular y unas franjas de espacio público lateral claramente delimitadas”5. 2.1.1 Parámetros de diseño En el diseño de un corredor vial influyen diferentes factores que deben ser tenidos en cuenta para garantizar un uso adecuado, cómodo, seguro y eficiente de la vía en la etapa de operación. “En el sector urbano, los elementos básicos que integran un diseño planimétrico, están ligados a aquellos que condicionan la geometría del corredor vial de manera directa; los cuales son la franja de operación vehicular, compuesta por las calzadas y los separadores y la franja de espacio público lateral, comprendida entre el paramento y los bordes exteriores de las calzadas”6. Los parámetros más importantes de diseño son: Vehículo de diseño Clasificación de la vía Elementos geométricos de la vía Velocidad de diseño Distancias de visibilidad A continuación se presenta a detalle cada parámetro. 5 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Guía para el diseño de vías urbanas para Bogotá D.C., Bogotá. 2012, p. 120. 6 Ibíd., p. 122. 24 2.1.1.1 Vehículo de diseño El Manual de Diseño Geométrico de Carreteras el Instituto Nacional de Vías (INVÍAS)7 define vehículo de diseño como el vehículo representativo de todos los vehículos que puedan circular por la vialidad. Por su parte, la Guía Para el Diseño de Vías Urbanas para Bogotá D.C8 plantea que el vehículo de diseño se debe considerar como el tipo de vehículo con las mayores exigencias, que posiblemente hará uso de la infraestructura vial con una frecuencia importante. Para la selección del vehículo de diseño se debe contar con información sobre la composición vehicular típica de la vialidad a diseñar, la clasificación funcional de esta y los usos del suelo en que se enmarca el proyecto. Esta información permitirá considerar los diferentes vehículos que transitarán y determinar el tipo de vehículo que condicione los aspectos más críticos en el diseño geométrico. En este sentido la metodología propuesta por la guía para el diseño de vías urbanas para Bogotá D.C para la selección del vehículo de diseño parte de un análisis por niveles que incluye identificar el tipo de vehículo según sea la jerarquía funcional de la vía, el uso del suelo, el patrón de composición vehicular y condiciones especiales así como el manejo operacional de suministros y servicios. Imagen 2. Variables que influyen en la selección del vehículo de diseño Fuente: Instituto De Desarrollo Urbano, Universidad Nacional De Colombia, 2013 7 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. Bogotá. 2008, p. 50. 8 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Óp. Cit., p. 88. 25 2.1.1.2 Clasificación y tipologías de los vehículos de diseño Según la Guía para el diseño de vías urbanas para Bogotá D.C9 “los vehículos de diseño son los automotores más representativos en el tránsito existente o proyectado, debido a que demandan mayores exigencias respecto a la configuración geométrica de las vías en función de sus dimensiones y sus trayectorias en maniobras y recorridos”. La importancia de la selección adecuada del vehículo de diseño radica en que a partir de las características de este se determinan algunas dimensiones y particularidades asociadas con radios de giro y sobreancho, además de la determinación de un diseño coherente basado en trayectorias reales de los vehículos. La Guía para el diseño de vías urbanas para Bogotá D.C señala que los vehículos de diseño se clasifican en cinco (5) clases, que son: Vehículos livianos(V.L) Vehículos pesados(V.P) Vehículos de emergencia(V.E) Vehículos proveedores de servicios (V.S) Vehículos de transporte de pasajeros (V.T) Vehículos Livianos (V.L): conformado principalmente por automóviles convencionales de dos ejes simples, con sistema de rueda simple, cuyas trayectorias no inciden drásticamente en la configuración geométrica de la infraestructura vial; además, las motocicletas, las cuales se consideran un vehículo de diseño fundamental en temas como el diseño de elementos de contención vehicular, que requieren dimensionamientos especiales cuando el porcentaje de motos es alto (mayor al 5%); o en otro tipo de diseños como los carriles exclusivos para motocicletas. Vehículos Pesados (V.P): dentro de esta clasificación se encuentran los automotores de carga, específicamente los tracto camiones. Además, para afectos de unificar la clasificación tanto del Manual de Diseño Geométrico como la Guía para el Diseño de Vías Urbanas se incluyen también los vehículos de carga de dos ejes tipo camión; los cuales envuelven a su vez vehículosde Emergencia (V.E) como ambulancias o camiones de bomberos, vehículos Proveedores y de Servicios (V.S) como carro tanques o camiones de recolección de basura, y vehículos Transporte de Pasajeros (V.T). 9 Ibíd., p. 88. 26 2.1.1.3 Elementos geométricos de los vehículos de diseño De acuerdo a la Guía para el diseño de vías urbanas para Bogotá D.C. se establece la Tabla 1. Dimensiones del Vehículo de Diseño, en la que se muestran los valores geométricos más relevantes de los diferentes vehículos de diseño típicos que transitan por vías urbanas e interurbanas en el país y principalmente en la ciudad de Bogotá. Tabla 1. Dimensiones del Vehículo de Diseño Fuente: Instituto de Desarrollo Urbano, Universidad Nacional De Colombia, 2013 A partir de la selección del vehículo de diseño, la Guía para el diseño de vías urbanas para Bogotá D.C, indica las trayectorias mínimas de diseño a partir de las características y dimensiones de este. Las dimensiones principales que afectan el diseño son: el mínimo Radio de Giro en el Eje vehicular (RGE), el ancho de calzada en el inicio de la curva, la distancia entre ejes y la trayectoria de la rueda trasera interior tal como se presenta en la mencionada guía10. De esta manera, en la Imagen 3 según como lo establece la Guía de Diseño Metodológico del IDU los límites de las trayectorias de giro de cada vehículo de diseño se establecen a partir de la traza exterior de la saliente frontal (RSF) y el recorrido de la rueda trasera interior (RRI)”11. 10 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Guía para el diseño de vías urbanas para Bogotá D.C., Bogotá. 2012, p. 120. Basado en American Association of State and Transportation Officials, AASHTO, 2011 11 Ibíd., p. 94. 27 Imagen 3. Trayectoria vehicular Fuente: Instituto De Desarrollo Urbano, Universidad Nacional De Colombia, 2013 Con base en lo anterior la guía presenta los valores correspondientes al mínimo Radio de Giro en el Eje vehicular (RGE), el cual es determinado a partir del mecanismo de dirección del automotor y los radios mínimos de giro sobre las trayectorias exteriores e interiores del vehículo tabulados a continuación y para cada vehículo de diseño. Adicionalmente, establece que estos valores mínimos de ocupación deben incrementarse en función de aislamientos de seguridad, como la distancia transversal entre vehículos y entre la trayectoria y el borde de calzada, las cuales se recomiendan por seguridad vial, entre 0.6m-0.9m y 0.45m-0.6m, respectivamente. 28 Tabla 2. Radios de giro mínimos en las trayectorias vehiculares. Fuente: Instituto De Desarrollo Urbano, Universidad Nacional De Colombia, 2013 Por su parte, el Manual de Diseño Geométrico del Instituto Nacional de Vías presenta las siguientes dimensiones para los vehículos rígidos típicos que transitan por el territorio nacional12, requeridos para la determinación de sobreanchos. 12 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras. Bogotá. 2008, p. 155. 29 Imagen 4. Dimensiones para vehículos rígidos Fuente: Instituto Nacional de Vías, 2008. 2.1.1.4 Sobre-anchos El Manual de Diseño Geométrico del Instituto Nacional de Vías establece que “en curvas de radio reducido, según sea el tipo de vehículos comerciales que circulan habitualmente por la carretera, se debe ensanchar la calzada con el objeto de asegurar espacios libres adecuados entre los vehículos que se cruzan en calzadas bidireccionales o que se adelantan en calzadas unidireccionales, y entre el vehículo y el borde de la calzada”. De esta manera, a partir de la selección del vehículo comercial de diseño, establece la metodología para la determinación de este sobre ancho. √ ( 1) Donde: S: sobreancho R’: radio mínimo hasta el extremo del parachoques delantero. L: distancia entre el parachoques delantero y el eje trasero del vehículo 30 Además si se asume que R’ es aproximadamente igual al radio de curvatura, se tiene que para una calzada de n carriles el Sobreancho se determina: ( √ ) ( 2) Donde: S: sobreancho requerido por la calzada n: número de carriles 2.1.1.5 Velocidad de diseño “Es la velocidad máxima a la cual pueden circular los vehículos con seguridad sobre una sección específica de una vía, cuando condiciones atmosféricas y del tránsito son tan favorables que la características geométricas del proyecto gobiernan la circulación”13. En el medio colombiano se relaciona la velocidad de diseño con el percentil 98 del registro de velocidades puntuales por vehículo, tal como la velocidad de operación14. Velocidad de operación “Es la velocidad a la que un vehículo puede circular, sin verse restringido por condiciones relacionadas con el tránsito o la meteorología. Es decir, la velocidad que alcanza un vehículo a flujo libre en función de la percepción que el conductor tiene de la vía y el entorno sin condicionamientos externos adicionales”15. En el medio colombiano se relaciona la velocidad de operación con el percentil 85 del registro de velocidades puntuales por vehículo y no por pelotón16; éstas son medidas en la mitad de curvas horizontales y de las rectas que tengan suficiente longitud. 13 CAL Y MAYOR, Rafael y CARDENAS, James. Ingeniera de Tránsito Fundamentos y Aplicaciones. 7 Ed. México: ediciones alfa omega. 1994. p 222. 14 Ibíd., p. 237. 15 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Óp. Cit., p. 108. 16 CAL Y MAYOR. Óp. Cit., p. 237. 31 Velocidad específica Es la velocidad máxima que un vehículo puede mantener a lo largo de un elemento, bajo condiciones de seguridad y comodidad y es con la que se debe diseñar dicho elemento.17 En curvas horizontales la velocidad específica se relaciona con el radio de la curva, mientras que en curvas verticales se relaciona con la diferencia de pendientes de entrada y salida y la longitud de la curva. A su vez está relacionada con anchos de calzada, anchos de bermas, presencia de obstáculos laterales, etc.18 La Guía para el Diseño de Vías Urbanas para Bogotá D.C del IDU recomienda los siguientes aspectos para el diseño y estimación de las velocidades específicas: La velocidad específica no debe superar en más de 30km/h a la velocidad de diseño. La velocidad específica entre curvas adyacentes no debe diferir en más de 20km/h. Por otro lado, en esta Guía se presenta el siguiente proceso de estimación de velocidades para corredores arteriales nuevos: 1. Analizar las velocidades de operación y establecer un rango de velocidades de diseño que lleven a factores de seguridad vial deseables. 2. Seleccionar la(s) velocidad(es) de diseño del rango determinado, en función del tipo de terreno y la jerarquía de la vía. 3. Identificar restricciones físicas, urbanísticas, constructivas, otras derivadas del manejo peatonal, etc. que impliquen reducciones a la velocidad de diseño de referencia. 4. Realizar el trazado geométrico en función del rango de velocidades seleccionado. 5. Definir las velocidades específicas de los elementos y comprobar que entre curvas sucesivas no haya diferencias mayores a 20km/h. 6. Definir la(s) velocidad(es) de diseño como la mínima de las específicas. 7. Revisar que ninguna de las velocidades específicas supere en más de 30km/h a la velocidad de diseño. 17 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Óp. Cit., p. 39 18 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Óp. Cit., p. 110 32 2.1.1.6 Visibilidad “La distancia de visibilidad es la distancia sobre la vía que el conductor puedeobservar delante de él”19. En este sentido un diseño adecuado debe garantizar una óptima visibilidad en cualquier tramo de su recorrido de tal manera que los usuarios puedan desarrollar una velocidad cercana a la velocidad de diseño; y que ante la presencia de un obstáculo, puedan detenerse o realizar una determinada acción sin incurrir en maniobras difíciles o inseguras. En el análisis de visibilidad en vías de doble calzada incurren conceptos que deben ser analizados, la distancia de visibilidad de reacción y la distancia de visibilidad de parada. Distancia de visibilidad de parada: El Manual de Diseño Geométrico del Instituto Nacional de Vías presenta valores recomendados para las distancias mínimas de visibilidad de parada para diferentes velocidades de diseño en tramo a nivel (pendiente= 0%) y tramos con pendientes de 3%, 6% y 9%. Cuadro 1. Distancias de visibilidad de parada en tramos a nivel Fuente: Instituto Nacional de Vías, 2008. 19 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Óp. Cit., p. 184. 33 Cuadro 2. Distancias de visibilidad de parada en tramos con pendiente Fuente: Instituto Nacional de Vías, 2008. Distancia de visibilidad de cruce La distancia de visibilidad de cruce corresponde a la distancia necesaria tal que permita a los conductores percibir la presencia de vehículos, peatones y ciclistas, y anticipar la reacción al potencial conflicto durante su paso por intersecciones a nivel20. “La presencia de intersecciones a nivel, hace que potencialmente se puedan presentar una diversidad de conflictos entre los vehículos que circulan por una y otra calzada. La posibilidad de que estos conflictos ocurran, puede ser ampliamente reducida mediante la provisión apropiada de distancias de visibilidad de cruce y de dispositivos de control acordes”21. 20 Ibíd., p. 184. 21 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Óp. Cit., P 65. 34 Imagen 5. Distancias de visibilidad en intersecciones. Fuente: Instituto Nacional de Vías, 2008. El Manual de Diseño Geométrico del Instituto Nacional de Vías establece que para determinar La distancia mínima de visibilidad de cruce necesaria a lo largo de la calzada principal se debe calcular mediante la siguiente expresión: ( 3) Donde d: Distancia mínima de visibilidad lateral requerida a lo largo de la calzada principal, medida desde la intersección, en metros. Ve: Velocidad Específica de la calzada principal, en km/h. Corresponde a la Velocidad específica del elemento de la calzada principal inmediatamente antes del sitio de cruce. t1: Tiempo de percepción – reacción del conductor que cruza, adoptado en dos y medio segundos (2.5 s). t2: Tiempo requerido para acelerar y recorrer la distancia S, cruzando la calzada principal, en segundos. 2.1.2 Diseño del alineamiento horizontal El alineamiento horizontal debe garantizar la operación segura y cómoda de los usuarios a la velocidad de diseño, este está compuesto por alineamientos rectos y curvas de grado de curvatura variable que permiten la suave transición de alineamientos rectos a curvas y viceversa. 35 Considerando el Manual de Carreteras de Chile 2002, la tendencia del alineamiento horizontal es evitar las rectas largas, sin llegar a trazar curvas sin un propósito definido. El alineamiento curvilíneo provee al usuario con un paisaje cambiante que evita la monotonía y en las horas de la noche evita el deslumbramiento causado por las bombillas de luz, en forma prolongada. 2.1.2.1 Curvas de transición La Guía de diseño de vías urbanas del Instituto de Desarrollo Urbano de Bogotá (IDU) establece que las curvas de transición deben usarse en el diseño de las vías arteriales, autopistas urbanas, vías rápidas y vías arterias convencionales, para curvas con radios menores a 1000m.22 A su vez la Guía de Diseño del IDU establece que las curvas de transición mejoran la apariencia de la vía e incrementan la visibilidad de esta, se adaptan mejor al terreno y asimilan el comportamiento de la mayoría de conductores al aproximarse a las trayectorias recorridas por los vehículos en las curvas. 2.1.2.2 Grado de curvatura máximo El grado de curvatura máximo se determina a partir de la siguiente ecuación, en la que a mayor curvatura, mayor exigencia de peralte: ( 4) A continuación, se presentan los grados de curvatura máximos para diferentes velocidades de diseño y peraltes máximos, considerando una cuerda unitaria (c) de 10m. 22 Ibíd., p. 122. 36 Tabla 3. Grados de curvatura máximos para diferentes velocidades de diseño y peraltes máximos Fuente: Instituto De Desarrollo Urbano, Universidad Nacional De Colombia, 2013 2.1.2.3 Peralte Según la Guía para el diseño de vías urbanas para Bogotá D.C. del IDU, el coeficiente de fricción lateral del pavimento y la inclinación transversal en curva, también denominada peralte, son los elementos que contribuyen a la estabilidad de los automotores en su tránsito por elementos con diferentes grados de curvatura. El peralte máximo está limitado por la accesibilidad a predios, la comodidad y seguridad de los usuarios, el tránsito, entre otros. Para Bogotá los peraltes máximos recomendados por el IDU son de 4% y 6% cuando el espacio público y el acceso a predios lo permitan. Sin embargo, para vías arteriales de zonas urbanas con velocidades de diseño mayores o iguales a 30km/h, el peralte máximo debe ser de 4% cuando el control de accesos es limitado y no existen separadores de calzada, cuando se cuenta con separadores de calzada y se presenta un control de accesos parcial se acepta el 6% de peralte máximo, según lo determina el Instituto de Desarrollo Urbano de Bogotá. 37 De acuerdo a la Guía para el Diseño de Vías Urbanas de Bogotá, la ecuación para determinar el peralte se expresa como: ( 5) O según la AASHTO 2011, mediante la ecuación simplificada de equilibrio: ( 6) Donde: f= coeficiente de fricción lateral V= velocidad de diseño (km/h) R= radio de la curva (m) e= peralte (%) 2.1.2.4 Transición de peralte La transición de peralte se realiza con el fin de evitar los cambios bruscos al pasar de una sección con bombeo a otra con peralte, efectuando un cambio gradual en la inclinación transversal de la calzada. La Guía para el Diseño de vías Urbanas para Bogotá establece la longitud de la transición del peraltado, la cual será proporcional al peralte. Imagen 6. Cálculo de la longitud de transición. Fuente: Instituto De Desarrollo Urbano, Universidad Nacional De Colombia, 2013 38 La pendiente m, es una medida relativa de la pendiente que se eleva, por unidad de longitud y por lo tanto: ( 7) ( 8) La variable , hace referencia a la distancia mayor desde el eje de diseño hasta uno de los bordes de la calzada. A continuación se muestra un diagrama de peralte típico. Imagen 7. Diagrama de peralte típico. Fuente: Diseño Geométrico de Vías – Ajustado al Manual Colombiano. Ing. John Jairo Agudelo. Se debe considerar que el bombeo normal en tramo recto no debe ser inferior al +-2%. De igual forma, el esquema de bombeo depende de las condiciones de drenaje superficial y de los requerimientos urbanísticos al manejo transversal y altimétrico de las calzadas.23 23 Ibíd., p. 141 39 Dependiendo el tipo de curva empleada ya sea espiral-circular-espiral (E-C-E), espiral-espiral (E-E) o circular (C), se establecen las diferentes transiciones del peraltado. Según la Guía para el Diseño de vías Urbanas para Bogotá encaso de concatenaciones E-C-E la transición del peraltado se realiza conjuntamente con la de la curvatura, sin superar las pendientes relativas máximas, si la longitud de espiral representa una pendiente mayor, debe asumirse la recomendada y recalcular con este valor la longitud de transición. Para concatenaciones E-E el proceso es similar a concatenaciones E-C-E, pero la longitud de transición debe ajustarse sin afectar la pendiente relativa. En concatenaciones C cuando no se emplean curvas de transición, la transición del peraltado se realiza en la tangente y parte de la curva circular; recomiendan distribuir 2/3 de la longitud en la tangente y 1/3 en la curva circular, así la curva comienza con 2/3 del peralte. 2.1.3 Diseño de rasante “El alineamiento vertical está formado por una serie de rectas enlazadas por arcos parabólicos, a los que dichas rectas son tangentes. La inclinación de las tangentes verticales y la longitud de las curvas dependen principalmente de la topografía de la zona, del alineamiento horizontal, de la visibilidad, de la velocidad del proyecto, de los costos de construcción, de los costos de operación, del porcentaje de vehículos pesados y de su rendimiento en los ascensos”.24 El diseño vertical está supeditado a cumplimento de los criterios de seguridad, operación y drenaje, es así como para el diseño de curvas y entre-tangencias verticales se debe asegurar tanto el tránsito cómodo y seguro de los usuarios como las condiciones de drenaje vial. Las pendientes verticales máximas dependen del tránsito y de los tipos de vehículos, mientras que las pendientes mínimas dependen del criterio de drenaje vial. Por su parte las curvas verticales están sujetas a las distancias de visibilidad y el tránsito seguro y cómodo de los usuarios así como el drenaje vial. 2.1.3.1 Pendiente mínima de tangentes verticales La Guía para el Diseño de Vías Urbanas para Bogotá D.C determina que la pendiente mínima está gobernada por los problemas de drenaje, pues se debe garantizar el rápido y eficiente escurrimiento de las aguas lluvias en la superficie de rodadura, de forma que se eviten fenómenos de hidroplaneo. 24 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Óp. Cit., P 127. 40 Por lo tanto, la pendiente mínima sugerida en vías urbanas es de 0.3%; estas pendientes deben ir acompañadas de las respectivas obras de drenaje a fin de garantizar la evacuación del agua.25. 2.1.3.2 Pendiente máxima de tangentes verticales En cuanto a las pendientes máximas, los límites están condicionados por la velocidad de diseño, la jerarquía funcional de las vías, el tipo de terreno y las condiciones propias del entorno y el urbanismo de la zona. Además, el diseño altimétrico de las vías urbanas debe acomodarse a la topografía existente debidas a condicionantes urbanas que exigen que así sea, como el caso de las construcciones existentes. No obstante, en vías arteriales y en otro tipo de vías en donde exista la posibilidad de elegir la pendiente del alineamiento vertical, como es el caso de puentes, túneles y corredores con control total de accesos, las pendientes longitudinales no deben superar el 5% o el 6%. La Guía para el Diseño de Vías Urbanas para Bogotá D.C presenta condicionantes especiales a partir del tipo de vía para la pendiente máxima permitida en proyectos nuevos, los cuales deben ser tenidos en cuenta en proyectos de rehabilitación. Tabla 4. Pendientes máximas permitidas en proyectos nuevos Fuente: Instituto De Desarrollo Urbano, Universidad Nacional De Colombia, 2013 25 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Óp. Cit., p. 187. 41 2.1.3.3 Gálibos Las distancias libres verticales o gálibos verticales deben ser mínimo de 5.0 m medidos a partir de la superficie de rodadura hasta la cota inferior de la estructura y a lo largo de toda la calzada; en zonas con pasos sobre líneas férreas, el gálibo vertical debe ser de 5.5 m, tal como lo establece la Guía para el Diseño de Vías Urbanas para Bogotá D.C del IDU. 2.1.3.4 Curvas verticales Las curvas verticales son las que enlazan dos tangentes consecutivas del alineamiento vertical, permitiendo la transición de pendientes entre el alineamiento de entrada y el alineamiento de salida. La longitud de las curvas verticales está directamente relacionada con la distancia de visibilidad de parada considerando una altura del ojo del conductor de 1.08m, y una la altura del objeto de 0.6m sobre la superficie de pavimento26 Según el Manual de Diseño Geométrico del Instituto Nacional de Vías las curvas verticales se pueden clasificar por su forma, como curvas verticales cóncavas y convexas y, de acuerdo con la proporción entre sus ramas que las forman, como simétricas y asimétricas27. A continuación, se presentan las tipologías de curvas verticales. Las curvas verticales cóncavas y convexas a su vez, se dividen en tres tipos de acuerdo a la disposicion de las tangencias de entrada y salida. Imagen 8. Curvas verticales. Fuente: Instituto Nacional de Vías, 2008. 26 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Óp. Cit., p. 190. 27 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Óp. Cit., p 133. 42 Donde: S1: pendiente de entrada S2: pendiente de salida A: diferencia de pendientes L: longitud de la curva Por otro lado, dependiendo de la longitud de las ramas tanto de entrada como de salida estas se clasifican en simétricas y asimétricas. Imagen 9. Curvas verticales simétricas y asimétricas Fuente: Instituto Nacional de Vías, 2008. 2.1.3.5 Longitud de curvas verticales La longitud de curvas verticales está determinada por las distancias de visibilidad y la operación cómoda y segura de los usuarios de la vía, evitando así cambios súbitos de pendiente y zonas de visibilidad reducida. Para curvas convexas, la longitud mínima de la circular, por criterios de seguridad vial, estará dada por la siguiente expresión: 43 ( 9) Para el caso de curvas cóncavas la expresión para determinar la longitud mínima de la curva considera las restricciones que se presentan en la noche y estima la longitud del sector de carretera iluminado hacia adelante, como la distancia de visibilidad. Dicha distancia depende de la altura de las luces delanteras del vehículo, para la cual se asume un valor de sesenta centímetros (0.60 m) y un ángulo de divergencia del rayo de luz hacia arriba respecto al eje longitudinal del vehículo de un grado (1°). La Guía de Diseño de Vías Urbanas presenta entonces la expresión: ( 10) No obstante, la guía determina que debe tenerse en cuenta que para evitar un cambio súbito de pendiente, permitiendo que el perfil de la vía tenga una apariencia armoniosa que garantice comodidad, es necesario revisar que la longitud de la curva no sea menor que 0.6 veces la velocidad específica del elemento. Por otro lado, para garantizar un drenaje adecuado en curvas donde s1 y s2 tienen signos diferentes se debe garantizar que el tramo con pendiente 0% que se presenta no sea demasiado grande, por lo tanto se debe diseñar la curva con un valor de K menor o igual a cincuenta (50). Donde k es la variación por unidad de pendiente. ( 11) 2.1.4 Sección transversal La sección transversal de la vía debe acoplarse al entorno en el cual se desarrollara el proyecto, considerando que el número de carriles influye directamente en la capacidad y nivel de servicio de la vía. De igual forma, debe seguir las especificaciones requeridas según su clasificación, la velocidad de diseño y, debe ser diseñada bajo criterios de seguridad y con gradualidad en los planteamientos, de acuerdo con el POT vigente.28 En la Imagen10 se muestra la sección transversal típica para vías doble calzada. 28 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Óp. Cit., p. 142. 44 Imagen 10. Sección transversal típica de una vía primaria de dos calzadas Fuente: Instituto Nacional de Vías, 2008. 2.1.4.1 Calzadas vehiculares La calzada es la parte de la sección trasversal destinada a la circulación de vehículos y puede tener dos o más carriles de circulación. La calzada vehicular puede ser pavimentada o no, si es pavimentada debe estar comprendida entre los bordes internos de la calzada.29 Por su parte, la Guía para Diseño de Vías Urbanas establece que la calzada vehicular es una franja definida mediante un eje en planta, una rasante, peraltes y un ancho total determinado por la cantidad de carriles, su ancho y el dimensionamiento de las bermas. La Guía de Diseño de vías urbanas para Bogotá D.C. resalta los siguientes tipos de calzada de acuerdo a su vocación: Calzadas principales: son destinadas al tránsito vehicular en general. En vías de varias calzadas, corresponden a las más rápidas, con control parcial o total de acceso. Calzadas de servicio: Deben estar dispuestas cuando se cumpla alguna de las siguientes condiciones: I. El acceso al centro generador de tránsito se realiza por una vía arterial. II. La restricción o control de accesos genera efectos barrera y se requieren vías para garantizar accesibilidad y conectividad. III. Cuando las demandas y niveles de servicio lo exijan. 29 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Óp. Cit., p. 151 45 Calzadas complementarias: calzadas que aparecen y desaparecen en la zona de influencia directa de las intersecciones, para recolectar y conectar las diferentes corrientes vehiculares a las rampas y enlaces. Calzadas solo bus: son aquellas con tránsito exclusivo de tránsito de buses de transporte público colectivo o masivo. Deben tener un eje de diseño independiente. 2.1.4.2 Bermas Las bermas cumplen con la función de incrementar la capacidad de la vía generando en el conductor la sensación de amplitud en la sección, albergar vehículos que por razones de emergencia tengan que salirse de la vía sin interrumpir el flujo de tránsito. La función de las bermas internas es proporcionar un mayor gálibo con respecto al separador y disminuir la exposición al riesgo debido a la posición continúa entre el separador, andén y el carril rápido de la calzada30. Sin embargo, para que las funciones de la calzada se cumplan, las bermas deben contar con un ancho constante y suficiente, estar libre de obstáculos y estar compactadas homogéneamente en toda la sección. A continuación, se muestran los rangos del dimensionamiento de las bermas urbanas determinado en la Guía de Diseño de Vías Urbanas para Bogotá D.C. Tabla 5. Valores máximos y mínimos recomendados para bermas urbanas Fuente: Instituto De Desarrollo Urbano, Universidad Nacional De Colombia, 2013 Por otro lado, las bermas deben mantener la pendiente del carril ya sea en entre tangencia o en curva, y no debe existir desnivel entre la berma y el carril de circulación adyacente, siendo estas separadas por líneas de demarcación31. 30 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Óp. Cit., p. 155 31 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Óp. Cit., p. 153 46 2.1.4.3 Separadores El Instituto Nacional de Vías INVÍAS en el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras 2008 define los separadores como zonas verdes o duras colocadas paralelas al eje de la vía, separando direcciones opuestas de tránsito o para separar calzadas en el mismo sentido del tráfico. El separador se comprende como el área entre las cunetas interiores de las calzadas. La Guía para el Diseño de Vías Urbanas para Bogotá D.C. del IDU establece dos tipos básicos de separadores: Centrales: separan sentidos opuestos de circulación Laterales: separan circulaciones del mismo sentido, resolviendo los conflictos entre el tráfico de paso de las calzadas principales y el que circula por las vías de servicio. De esta forma, se pueden clasificar en: Normales: es el más frecuente en vías urbanas, son plataformas por encima de la de la rasante de la calzada, acondicionadas y equipadas con bordillos. A nivel: habitual en vías locales, son separadores con plantaciones y sin bordillo en terreno natural, o una franja de calzada con demarcación en el pavimento. Barreras: separador más frecuente en Autopistas Urbanas y Vías Rápidas Urbanas con condicionantes en el espacio disponible. Se constituye por un elemento vertical de diversos materiales separando circulaciones. Canales longitudinales: en ciudades como Bogotá es normal que el separador de la calzada sea un río o un canal de drenaje natural o revestido. 2.1.4.4 Zonas peatonales Los lugares en donde se deben localizar los andenes son zonas escolares, áreas de servicio, áreas de estacionamiento de buses. La elevación considerando la corona adyacente debe estar entre 10cm y 25cm.32 32 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Óp. Cit., p. 165 47 El IDU en su Guía Práctica de Movilidad Peatonal Urbana establece los siguientes principios aplicables a todos los peatones: Uso equitativo: diseño útil y conveniente para todas las personas, incluidas aquellas con alguna discapacidad. Flexibilidad en el uso: el diseño debe adaptarse a varias preferencias y capacidades individuales. Uso sencillo e intuitivo: el diseño debe ser fácil de entender. Información perceptible: la información necesaria debe ser comunicada de manera eficaz, independientemente de condiciones ambientales o capacidades sensoriales de los usuarios. Tolerancia al error: se deben reducir al mínimo los riesgos y las consecuencias por acciones realizadas sin intención. Esfuerzo físico reducido: los elementos diseñados deben contemplar el uso eficiente con el mínimo de fatiga. Tamaño y espacio para usar: proporcionar tamaño y espacio adecuados para el uso del diseño, sin importar postura o tamaño del usuario. A continuación, se muestra la clasificación de anchos de andén según la escala urbana de implementación. Estos anchos corresponden a las franjas de circulación, para zonas de espera una sola persona requiere mínimo 0.6m y dos personas mínimo 1.20m. Tabla 6. Anchos de andén según escala urbana de implementación. Fuente: Instituto De Desarrollo Urbano, Universidad Nacional De Colombia, 2013 2.1.4.5 Espacio para ciclistas La Guía para el Diseño de Vías Urbanas para Bogotá D.C. del IDU establece que los principales factores a considerar para el diseño de una cicloruta son: Coherencia: conectividad con sí misma y con los demás medios de transporte. Rutas directas: sin desvíos o desvíos mínimos si es necesario. Seguridad: rutas y recorridos seguros. Confort: superficies regulares; recomiendan pavimentos de textura uniforme, con color diferente, señalizados según las normas vigentes. 48 Rutas atractivas: plantear las rutas paisajísticamente armoniosas, sin afectar su funcionalidad, ni alargar las trayectorias. Por otro lado, en esta guía del IDU definen tres tipos de espacios para ciclistas: 1. Cicloruta: franjas segregadas físicamente del tránsito motorizado, localizadas sobre andenes o separadores centrales a. En andén con canalización física: separadas del tránsito motorizado mediante bordillos, franjas de mobiliario y/o arborización y/o franjas de abordaje entre otras. También se canaliza físicamente del tránsito peatonal, mediante bolardos o bordillos. b. En andén sin canalización física: es separada del tránsito motorizado mediante las mismas técnicas que
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