propuesta del diseño geometrico pra un anillo vial

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Esthephani Moreno Acosta

2/6/2024

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PROPUESTA DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DE UN ANILLO VIAL PARA
BOGOTÁ EN EL SECTOR 4 (DESDE LA AUTOPISTA SUR HASTA LA CALLE
80)

Presentado por:
Eduardo Humberto Cruz Ballesteros
July Eslendy Nivia Ortiz

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERÍA TOPOGRÁFICA
BOGOTÁ
2016
PROPUESTA DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DE UN ANILLO VIAL PARA
BOGOTÁ EN EL SECTOR 4 (DESDE LA AUTOPISTA SUR HASTA LA CALLE
80)

Presentado por:
Eduardo Humberto Cruz Ballesteros
July Eslendy Nivia Ortiz

Director:
Ing., Carlos Javier González Vergara
ITV-Esp-M sc

Trabajo de grado para optar por el título de ingeniero
Topográfico

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERÍA TOPOGRÁFICA
BOGOTÁ
2016

Nota de aceptación

________________________________________

_______________________________
Ing., Carlos Javier González Vergara
Director

_______________________________
Jurado

Bogotá D.C (16/03/2016)

Dedicatoria

Eduardo Humberto Cruz Ballesteros

Este trabajo está dedicado a Dios por haberme dado la salud y sabiduría para
cumplir con este logro, a mi madre María Esther Cruz Ballesteros por su apoyo
incondicional, consejos y valores, a mis abuelos, María de los Ángeles Ballesteros
y Marcos E Cruz Lozano por su ejemplo y perseverancia, a mis padrinos Félix E
Cruz Ballesteros y Miriam Cruz Ballesteros por su apoyo y ejemplo en todo
momento, a mis tíos, a mis primos, a mis amigos y a mis Maestros que son
ejemplo de vida, a cada uno de ellos gracias por su apoyo en la culminación de
este logro.

July Nivia Ortiz

Dedico este proyecto de grado principalmente a Dios, por ser la guía durante toda
mi vida y permitirme el haber llegado hasta este momento tan importante en mi
formación académica. A mis padres Liliana Ortiz y Orlando Nivia; y mi hermano
Orlando Nivia Ortiz, por su ejemplo y quienes sin su ayuda y apoyo incondicional
no hubiese sido posible este logro y culminación de esta meta. A mis maestros, los
cuales guiaron el buen desarrollo del proyecto y, de manera muy especial y grata
a toda mi familia, amigos y compañeros que me apoyaron durante este proceso.

Agradecimientos

Los autores desean presentar su más sincero agradecimiento a:

 Ingeniero Carlos Javier González Vergara, Director del Trabajo de Grado,
por su orientación, apoyo y dedicación en el desarrollo del proyecto.

 Ingeniero Mario Arturo Rincón Villalba, Ingeniero Wilson Vargas Vargas e
Ingeniero Hugo Rondón por la orientación brinda en el proyecto y en cada
una de las asignaturas dictadas en las especialidades.

 Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), Secretaria Distrital de
movilidad (SDM) e instituto de desarrollo urbano (IDU) por brindar
información importante en las etapas del proyecto.

TABLA DE CONTENIDO

1. OBJETIVOS ...................................................................................................... 1
1.1 Objetivo general .......................................................................................... 1
1.2 Objetivo especifico ...................................................................................... 1
2. MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 2
2.1 Clasificación de las carreteras .................................................................... 3
2.1.1 Según su función.................................................................................. 3
2.1.2 Según el tipo de terreno ....................................................................... 4
2.1.3 Según su competencia ......................................................................... 4
2.1.4 Según sus características .................................................................... 5
2.1.5 Según transitabilidad ............................................................................ 5
2.1.6 Según técnica oficial ............................................................................ 6
2.2 Fases y actividades del proyecto de una carretera ..................................... 6
2.2.1 Pre-factibilidad...................................................................................... 6
2.2.2 Factibilidad ........................................................................................... 6
2.2.3 Diseños definitivos ............................................................................... 6
2.3 Diseño geométrico en planta ...................................................................... 7
2.3.1 Curvas horizontales espirales .............................................................. 7
2.4 Diseño geométrico vertical .......................................................................... 8
2.4.1 Tipos de Curvas verticales ................................................................... 8
2.5 Diseño geométrico transversal ................................................................... 9
2.6 Volumen de tránsito .................................................................................... 9
2.6.1 Volúmenes de tránsito anual TA. ....................................................... 10
2.6.2 Volúmenes de tránsito mensual TM. .................................................. 11
2.6.3 Volúmenes de tránsito semanal TS. ................................................... 11
2.6.4 Volúmenes de tránsito diario TD. ....................................................... 12
2.6.5 Variación del volumen de tránsito en la hora de máxima demanda
VHMD 12
2.6.6 Volumen horario de proyecto VHMP. ................................................. 12
2.6.7 Factor de la hora de máxima demanda FHMD. ................................. 12
2.6.8 Pronóstico del volumen de tránsito futuro .......................................... 12

2.7 Velocidad de proyecto .............................................................................. 14
2.7.1 Estudio de velocidad de punto ........................................................... 15
2.8 Nivel de servicio o LOS (level of service). ................................................. 15
2.8.1 Nivel de servicio A .............................................................................. 15
2.8.2 Nivel de servicio B .............................................................................. 16
2.8.3 Nivel de servicio C .............................................................................. 16
2.8.4 Nivel de servicio D .............................................................................. 17
2.8.5 Nivel de servicio E .............................................................................. 18
2.8.6 Nivel de servicio F .............................................................................. 18
2.8.7 Análisis operacional ........................................................................... 19
2.8.8 Análisis de diseño o proyecto ............................................................. 19
2.9 Tipos de coordenadas .............................................................................. 19
2.9.1 Planascartesianas ............................................................................. 19
2.10 Información tipo Ráster ......................................................................... 20
2.11 Información tipo vector .......................................................................... 20
2.12 Georreferenciación ................................................................................ 20
2.12.1 Puntos de control ............................................................................ 20
2.12.2 Error medio cuadrático .................................................................... 21
2.13 Autopista Elevada .................................................................................. 22
3. DISEÑO METODOLÓGICO ........................................................................... 23
3.1 Obtención de cartografía .......................................................................... 24
3.2 Modelo digital de terreno .......................................................................... 24
3.3 Conteos vehiculares ................................................................................. 24
3.4 Pronosticó del volumen de tránsito futuro. ................................................ 26
3.4.1 Estación maestra autopista sur. ......................................................... 26
3.4.2 Estación maestra calle 80 .................................................................. 27
3.5 Nivel de servicio ........................................................................................ 27
3.6 Análisis de velocidad ................................................................................ 28
3.7 Análisis del radio de curvatura AutoTurn .................................................. 29
3.8 Diseño geométrico del anillo vial .............................................................. 31
3.8.1 Clasificación del terreno ..................................................................... 32

3.8.2 Ancho de calzada ............................................................................... 32
3.8.3 Bermas ............................................................................................... 32
3.8.4 Asignación de radios y peraltes ......................................................... 33
3.8.5 Asignación longitud de espirales ........................................................ 34
3.8.6 Longitud mínima circular .................................................................... 35
3.8.7 Entre tangencia mínima horizontal ..................................................... 35
3.8.8 Entre tangencia máxima horizontal .................................................... 35
3.8.9 Longitud de transición ........................................................................ 35
3.8.10 Sobre ancho .................................................................................... 36
3.8.11 Longitud mínima y máxima de la tangente vertical ......................... 36
3.8.12 Asignación de longitud de la vertical ............................................... 37
3.8.13 Pendiente mínima y máxima longitudinal ........................................ 38
3.8.14 Bombeo ........................................................................................... 38
3.8.15 Cantidades de obra ......................................................................... 39
4. RESULTADOS ............................................................................................... 41
4.1 Obtención de cartografía .......................................................................... 41
4.2 Modelo digital de terreno .......................................................................... 42
4.3 Conteos vehiculares ................................................................................. 42
4.3.1 Resultados volúmenes Soacha .......................................................... 43
4.4 Pronóstico del volumen de tránsito futuro. ................................................ 47
4.4.1 Conteos históricos estación maestra autopista sur ............................ 47
4.4.2 Conteos históricos estación maestra calle 80 .................................... 48
4.4.3 Tránsito futuro autopista sur- Soacha ................................................ 49
4.4.4 Tránsito futuro calle 80 ....................................................................... 50
4.5 Análisis de velocidad ................................................................................ 50
4.5.1 Valores representativos ...................................................................... 53
4.6 Análisis nivel de servicio HCM 2000 y visita de campo ............................ 53
4.6.1 Análisis datos Soacha ........................................................................ 54
4.6.2 Análisis calle 80.................................................................................. 55
4.6.3 Análisis nivel de servicio mediante visita de campo ........................... 56
4.7 Análisis de radio de curvatura - AutoTURN .............................................. 57

4.8 Diseño geométrico del anillo vial .............................................................. 59
4.8.1 Tipo de terreno ................................................................................... 59
4.8.2 Diseño Horizontal ............................................................................... 60
4.8.3 Sobreancho ........................................................................................ 65
4.8.4 Peralte ................................................................................................ 66
4.8.5 Diseño Vertical ................................................................................... 68
4.8.6 Estructura de pavimento .................................................................... 69
4.8.7 Sección Transversal ........................................................................... 70
4.9 Costos ....................................................................................................... 71
4.9.1 Costos de recuperación ..................................................................... 73
4.9.2 Costos de construcción ...................................................................... 74
4.10 Planos ................................................................................................... 76
5. CONCLUSIONES ........................................................................................... 77
6. RECOMENDACIONES ................................................................................... 78
7. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 79

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Trazado para nuevas ciudades ................................................................ 3
Figura 2. Ciclo de un proyecto llamado carretera .................................................... 7
Figura 3. Elementos del empalme espiral-circulo-espiral ......................................... 7
Figura 4. Curvas verticales convexas ...................................................................... 8
Figura 5. Curvas verticales cóncavas ...................................................................... 8
Figura 6. Sección vial urbana................................................................................... 9
Figura 7. Nivel de servicio A .................................................................................. 16
Figura 8. Nivel de servicio B .................................................................................. 16
Figura 9. Nivel de servicio C .................................................................................. 17
Figura 10. Nivel de servicio D ................................................................................17
Figura 11. Nivel de servicio E ................................................................................ 18
Figura 12. Nivel de servicio F................................................................................. 18
Figura 13. Proyección cartesiana ........................................................................... 19
Figura 14. Estructura de datos raster y vector. ...................................................... 20
Figura 15. Puntos de control georreferenciación. .................................................. 21
Figura 16. Punto de aforo Soacha ......................................................................... 24
Figura 17. Punto de aforo calle 80 ......................................................................... 25
Figura 18. Formato Volúmenes vehiculares ......................................................... 25
Figura 19. Clasificación vehicular camiones. ......................................................... 26
Figura 20. Localización estación maestra autopista sur. ....................................... 27
Figura 21.Localización estación maestra calle 80.................................................. 27
Figura 22. Análisis de velocidad base fija .............................................................. 28
Figura 23. Formato análisis de velocidad .............................................................. 29
Figura 24. Inicio de AutoTURN .............................................................................. 29
Figura 25. Configuración para el tipo de vehículo .................................................. 30
Figura 26. Configuración de la simulación. ............................................................ 31
Figura 27. Diagrama de peraltes curvas espirales. ................................................ 36
Figura 28. Transición del sobre ancho curvas espirales ........................................ 36
Figura 29. Efecto de pendiente en los vehículos ................................................... 37
Figura 30. Tipos de secciones y sólidos cubicación .............................................. 39
Figura 31. Reporte ajuste puntos de control georreferenciación software ArcGIS. 41
Figura 32. Modelo digital de terreno del sector ...................................................... 42
Figura 33. Variación del tránsito dentro de la hora de máxima demanda aforo
Soacha. .................................................................................................................. 45
Figura 34. Composición vehicular ABC aforo Soacha. .......................................... 46
Figura 35. Regresión lineal datos históricos autopista sur ..................................... 48
Figura 36. Regresión lineal datos históricos calle 80 ............................................. 49
Figura 37. Histograma y polígono de frecuencias de velocidades de punto .......... 52
Figura 38. Curva de Distribución de frecuencias ................................................... 52
Figura 39. Curva de frecuencias observada y acumulada de velocidades de punto
............................................................................................................................... 53

Figura 40. Reporte HCM 2000 Soacha. ................................................................. 54
Figura 41. Reporte HCM 2000 Calle 80. ................................................................ 55
Figura 42. Nivel de servicio actual autopista sur .................................................... 56
Figura 43. Nivel de servicio actual en operaciones retorno ................................... 56
Figura 44. Líneas de recorrido para el vehículo de diseño (vehículo articulado), en
el inicio de la curva 1 del eje derecho. ................................................................... 57
Figura 45. Líneas de recorrido para el vehículo de diseño (vehículo articulado), en
el K0+200 del eje derecho. .................................................................................... 58
Figura 46. Líneas de recorrido para el vehículo de diseño (vehículo articulado),
durante toda la curva 1 del eje derecho. ................................................................ 58
Figura 47. Curva ECE 1 – Eje derecho .................................................................. 63
Figura 48. Localización Avenida longitudinal consultoría CEV .............................. 70
Figura 49. Diagrama de masa eje izquierdo. ......................................................... 71
Figura 50. Diagrama de masas eje derecho. ........................................................ 72
Figura 51. Idu precios de referencia acarreo. ........................................................ 72
Figura 52. Precios de referencia de materiales IDU. ............................................. 74
Figura 53. Precios de referencia viaducto. ............................................................. 75

ÍNDICE DE CUADROS

Cuadro 1. Resumen de metodología desarrollada en el proyecto. ........................ 23
Cuadro 2. Ancho de calzadas para carreteras ....................................................... 32
Cuadro 3. Ancho de bermas para carreteras ......................................................... 33
Cuadro 4. Valores de radios y peraltes. ................................................................. 33
Cuadro 5. Variación de la aceleración centrifuga (J) ............................................. 34
Cuadro 6. Valores máximos y mínimos de rampa de peraltes. .............................. 34
Cuadro 7. Valores de radios para pequeñas deflexiones ...................................... 35
Cuadro 8. Longitud mínima de la vertical ............................................................... 37
Cuadro 9. Valores de K para establecer valores mínimos de longitud de curvas
verticales. ............................................................................................................... 38
Cuadro 10. Valores de bombeo para la calzada .................................................... 39
Cuadro 11. Conteo vehicular Soacha .................................................................... 43
Cuadro 12. Volumen horario de máxima demanda Soacha .................................. 44
Cuadro 13. Factor de hora pico. ............................................................................ 45
Cuadro 14. Resumen cálculos conteos vehiculares Soacha ................................. 46
Cuadro 15. Resumen cálculo conteos vehiculares calle 80 ................................... 47
Cuadro 16. Serie Conteos históricos autopista sur. ............................................... 47
Cuadro 17. Serie de conteos histórica calle 80 ...................................................... 48
Cuadro 18. Tránsito futuro autopista sur Soacha................................................... 49
Cuadro 19. Tránsito futuro calle 80. ....................................................................... 50
Cuadro 20. Valores establecidos para la distribución de frecuencias .................... 51
Cuadro 21. Distribución de frecuencias de velocidad de punto ............................. 51
Cuadro 22. Valores representativos análisis de velocidad ..................................... 53
Cuadro 23. Definición del tipo de terreno. .............................................................. 59
Cuadro 24. Coordenadas del BOP y EOP ............................................................. 60
Cuadro 25. Parámetros de la curva 1 – Alineamiento horizontal derecho ............. 61
Cuadro 26. Criterios de diseño para la curva 1 – Alineamiento horizontal derecho
............................................................................................................................... 61
Cuadro 27. Elementos de la curva ECE 1 – Alineamiento horizontal derecho ......62
Cuadro 28. Radios y longitudes de espiral de las curvas horizontales. ................. 64
Cuadro 29. Sobreancho de la curva 1 – Alineamiento horizontal derecho ............ 65
Cuadro 30. Sobreancho de las curvas horizontales. .............................................. 66
Cuadro 31. Parámetros para el cálculo del peralte de la curva 1 – Alineamiento
horizontal derecho ................................................................................................. 66
Cuadro 32. Peralte máximo de las curvas horizontales. ........................................ 67
Cuadro 33. Lv y K de las curvas verticales. ........................................................... 68
Cuadro 34. Estructura de pavimento anillo vial. ..................................................... 70
Cuadro 35. Volúmenes de acarreo. ....................................................................... 71
Cuadro 36. Volúmenes operación proyecto Calle 80 ............................................. 73
Cuadro 37. Volúmenes de operación proyecto Soacha. ........................................ 73
Cuadro 38. Valores de peaje autopista Bogotá-Girardot. ...................................... 73

Cuadro 39. Recuperación inversión por costo de acarreo. .................................... 74
Cuadro 40. Totales de cubicación materiales ........................................................ 74
Cuadro 41.valor de materiales ............................................................................... 75
Cuadro 42.Recuperación inversión por costo de materiales. ................................. 75
Cuadro 43. Viaducto costos ................................................................................... 76

ÍNDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1. Volumen de tránsito .......................................................................... 10
Ecuación 2. Volumen de tránsito promedio. .......................................................... 10
Ecuación 3. Tránsito promedio diario anual ........................................................... 11
Ecuación 4. Tránsito promedio diario mensual ...................................................... 11
Ecuación 5. Tránsito promedio diario semanal ...................................................... 11
Ecuación 6. Factor de la hora de máxima demanda ............................................. 12
Ecuación 7. Volúmenes de tránsito futuro ............................................................. 13
Ecuación 8. Tránsito actual .................................................................................... 13
Ecuación 9. Incremento normal del tránsito ........................................................... 14
Ecuación 10. Cálculo tránsito futuro ...................................................................... 14

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 1. Cartografía Igac –reporte georreferenciación ......................................... 81
Anexo 2. Modelo digital (curvas de nivel) .............................................................. 82
Anexo 3. Carteras conteos vehiculares ................................................................. 83
Anexo 4. Resultados Volúmenes Vehiculares ....................................................... 84
Anexo 5. Datos Históricos Secretaria de Movilidad ............................................... 85
Anexo 6. Carteras y análisis de velocidad ............................................................. 86
Anexo 7. Resultados HCM 2000 y Volúmenes Futuros ......................................... 87
Anexo 8. Diseño Geométrico Anillo Vial ................................................................ 88
Anexo 9. Planos Diseño Geométrico Anillo Vial..................................................... 89
Anexo 10. Reportes Civil 3D .................................................................................. 90

RESUMEN

El presente trabajo muestra el marco teórico, la metodología y los resultados
obtenidos de la PROPUESTA DEL DISEÑO GEOMÉTRICO DE UN ANILLO VIAL
PARA BOGOTÁ EN EL SECTOR 4 (DESDE LA AUTOPISTA SUR HASTA LA
CALLE 80), siguiendo el estudio de especificaciones y componentes como lo son:
el diseño geométrico de vías tanto nacional como internacional, análisis y estudio
de tránsito, políticas implementadas para solucionar la movilidad de Bogotá y el
componente de topografía en el sector a diseñar.

Para el componente político se plantea obtener una mejor movilidad en Bogotá
optando por diferentes políticas y planes de reestructuración organizacional, tales
como lo es el SITP y el PMM, en el cual se trata de adecuar logísticamente cada
uno de los componentes del tránsito con el fin de mejorar la movilidad.

En cuanto a la topografía del sector, se obtiene a partir de la digitalización de
planchas cartográficas suministradas por el Igac, a escala 1:2000, con proyección
local plana cartesiana y finalmente la elaboración del modelo digital de terreno al
extraer cada una de las curvas de nivel.

En el componente de tránsito se realizó el conteo de vehículos en sectores
cercanos al inicio y fin del anillo vial con el fin de obtener el volumen vehicular
horario del proyecto, a partir del cálculo de volumen horario de máxima demanda y
factor de hora pico, también se determinó el análisis de velocidad en estos
sectores para establecer las condiciones actuales. Una vez interpretada ésta
información se calcula la proyección futura de volúmenes vehiculares a partir de
datos históricos suministrados por la secretaria de movilidad, obteniendo las
condiciones de nivel de servicio actual y futura con el fin de determinar el número
de carriles, siguiendo los parámetros del HCM 2000 y el manual de tránsito para
Bogotá.

Una vez analizados y obtenidos los anteriores componentes y especificaciones del
diseño geométrico del anillo vial, se desarrolló el diseño a nivel de planta, perfil y
sección transversal en el software AutoCAD Civil 3D, siguiendo el manual de
diseño geométrico de carreteras (Invias 2008) y en el manual de la (AASHTO
2011) enfocado en especificaciones del diseño de autopistas.

Palabras claves: política de infraestructura, topografía, volúmenes vehiculares,
tránsito, nivel de servicio, diseño geométrico vial.

INTRODUCCIÓN

Se presenta una propuesta a nivel de pre-factibilidad la implementación de un
anillo vial (Sector 4), con características geométricas de diseño de una autopista,
para descongestionar el creciente tráfico vehicular que se presenta en la ciudad
Bogotá.

Los Objetivos en el diseño del anillo vial comprende estudios de tránsito con
análisis de velocidad, volúmenes, análisis de nivel de servicio en campo y oficina,
estudios de topografía, generando un modelo digital de terreno a partir de
digitalización de cartografía a escala 1:2000, unas vez elaborado los estudios de
tránsito y topografía se realiza el diseño de la geometría del anillo vial asignando
valores de geometría a las etapas de planta, perfil y sección, lo cual permite
estimar costos de volúmenes de movimientos de tierra y cubicaciones.

Antecedentes: El reconocimiento actual de las necesidades viales surgen debido
al crecimiento físico y demográfico que ha presentado la ciudad de Bogotá desde
el siglo pasado a comienzos de 1950, lo cual conlleva a la gran demanda de
vivienda, servicios públicos, servicios comunitarios, empleo, entre otros, y nuestro
tema principal Infraestructura Vial. (Beltran)

Actualmente el panorama de la cuidad de Bogotá no ha cambiado mucho ya que
presenta un déficit en cuanto a infraestructura. Además, ésta ha venido creciendo
en cuanto a su número de habitantes y expansión urbana. Lo que hace que el
espacio destinado para la construcción y desarrollo de la malla vial sea cada vez
mínimo y la movilidad dentro de la misma sea cada vez más caótica y necesaria.

No obstantese han venido presentando e implementando diferentes alternativas
que pretenden ayudar y solucionar el problema de movilidad y embotellamiento
vehicular. Estas alternativas son: la implementación del pico y placa, el sistema
masivo de Transmilenio y el más reciente, sistema integrado de transporte público
(SITP). Sin embargo, tales alternativas no han brindado el resultado esperado, es
por ello que es necesario estudiar una mejor alternativa que solucione dicho
problema.

Justificación: El PMM (Plan Maestro de Movilidad) busca realizar una
estructuración organizacional del transporte en Bogotá, en este ámbito la
propuesta del diseño servirá de apoyo para lo establecido en la cuestión del POL
(Plan de Ordenamiento Logístico) y la creación de centrales recolectoras de
mercancía en la periferia de la ciudad, este punto del transporte es de vital
importancia puesto que el análisis realizado en el PMM establece que “los carros
grandes deterioran la infraestructura vial, afectación al medio ambiente, e inciden
en la congestión y elevación de accidentes”. (Duarte, 2004)

iii

Por lo mencionado anteriormente este diseño es de gran importancia para toda la
cuidad y gran parte de las concertantes nacionales que allí llegan, por su eficiencia
en el flujo vehicular y disminución del tiempo recorrido, en cualquier época del
año, por lo cual disminuirá el grado de embotellamiento en periodos donde se
presentan festividades, y así mismo la movilidad diaria.

Metodología: La metodología empleada para el diseño geométrico del anillo vial
estará centrada en lo cuantitativo, debido al tipo de variables que se manejaran en
las diferentes actividades y estudios que se realizan para la obtención del diseño
geométrico del anillo vial, pero además de la metodología, esta estará soportada
por el análisis, correlacionar, descriptiva experimental y campo.

Alcances: Finalmente en el presente trabajo se dará a conocer una posible
solución ante la problemática que maneja la cuidad de Bogotá en cuanto a
movilidad y transporte debido a la congestión vehicular, dando a mostrar el
resultado de la propuesta sobre el diseño geométrico de un anillo vial para Bogotá,
el cual se realizará por sus alrededores e interceptará con vías primarias que
formarán parte de una malla de autopistas. El sector a diseñar y presentar
corresponde al tramo denominado sector 4, el cual está ubicado en el occidente
de la ciudad. Además, que interceptará la autopista sur, las calles 13 y 80 y los
demás sectores correspondientes al anillo vial. Esto con el fin de dar paso
eficiente al tránsito y transporte que maneja la cuidad para el ingreso,
desplazamiento y salida de la misma.

1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo general

Presentar una propuesta a nivel de pre-factibilidad, que consiste en la
implementación de un anillo vial (Sector 4) como alternativa para descongestionar
el creciente tráfico vehicular que se presenta en la ciudad de Bogotá.
1.2 Objetivo especifico

 Reconocer las necesidades viales del distrito a través de diferentes
instrumentos de recolección de información.

 Analizar los estudios pertinentes basados en encuestas y documentos
sobre tránsito y movilidad en diferentes etapas.

 Generar el modelo digital del terreno para el occidente de la cuidad
comprendido entre la Autopista Sur, Avenida Américas y Las Calles 13 y
80.

 Realizar el diseño geométrico del anillo vial en el Sector Occidental de
Bogotá que supla las necesidades de movilidad ahora y durante los
próximos años.

 Estimar el costo a nivel de pre-factibilidad del diseño propuesto teniendo en
cuenta las variables y elementos implementados durante el diseño
geométrico.

2. MARCO TEÓRICO

En esta sección se verán algunos aspectos a tener en cuenta en el trazado de
carreteras actuales y uno de los tipos de soluciones que se han establecido para
el problema actual de tránsito urbano y rural.

En relación con las soluciones actuales, estas están soportadas en el concepto de
movilidad sostenible, pero que actualmente la situación es de no sostenible debido
a la cogestión vehicular, sin embargo puede ser solucionada con el incremento de
inversiones en nuevas infraestructuras, es decir, que una movilidad sostenible
intentará maximizar la movilidad. (Camacho, 2006)

Pero, para llevar a cabo una movilidad sostenible se necesitará de políticas
relacionas al tema, uno de estos es el que resalta la constitución política de
Colombia en el artículo 24, “Todo colombiano, con las limitaciones que establezca
la ley, tiene derecho a circular libremente por el territorio nacional, a entrar y salir
de él, y a permanecer y residenciarse en Colombia.” (Colombia, 1991). Por otro
lado para dar cumplimento se resalta en el PMM1 el de una reestructuración y
organización de los diferentes componentes del sistema de movilidad, donde se
emplea el concepto de jerarquización vial, el cual opta por dar soluciones al
problema del tránsito por medio de autopistas. (Duarte, 2004)

Dentro del manual centro americano para el diseño geométrico de carreteras se
establece la clasificación de autopistas regionales resaltándolas en un orden de
mayor jerarquía y las canaliza en el desarrollo urbano como una alternativa para
circunvalar las ciudades. (Leclair, 2004)

Una vez identificada la causa del problema en la movilidad, uno de los tipos de
solución planteados es el de tipo integral, constituidos principalmente por nuevos
tipos de vialidades inspirados en sistemas circulatorios, la circulación de la sangre
en el hombre y el de las plantas, es decir, que buscará principalmente un control
en el sistema, en resumen se puede tratar de un sistema de vías denominado
autopistas que circunvalan a la ciudad con accesos controlados e intersecciones2
a distintos niveles y que buscará que los tiempos de recorrido sean menores entre
dos puntos, permitiendo así el descongestionamiento en el centro de las ciudades
ya que facilitan el movimiento de grandes volúmenes de tránsito entre áreas a
través o alrededor de la ciudad o área urbana (ver figura1), es decir, que con este
concepto se puede hablar de vías rápidas con velocidades superiores de 130
km/h. (Cal y Mayor, 2013)

1 PMM: plan maestro de movilidad para Bogotá, incluye ordenamiento de estacionamientos.
2 Intersecciones: dispositivos viales en los que dos o más carreteras se encuentran.

Figura 1. Trazado para nuevas ciudades

Fuente: Ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y
Mayor, 2013)
2.1 Clasificación de las carreteras

Una carretera se puede definir como una infraestructura que se encuentra
establecida dentro de una faja de terreno o sección adecuada, la cual se le
denomina derecho de vía, el propósito de la carretera es de permitir el flujo
vehicular de manera continua en el espacio y tiempo, con niveles de seguridad y
comodidad adecuadas. (Cardenas, 2013)

2.1.1 Según su función

 Carreteras primarias o de primer orden.

Son aquellas vías troncales, transversales y accesos a las capitales, este tipo de
vías conectan las principales zonas del país, además de conectar zonas
principales esta se conocen como panamericanas es decir conexión entre países,
además presentan la características de ser pavimentadas3. (Cardenas, 2013)

 Carreteras secundarias o de segundo orden.

Estas vías son las encargadas de conectar municipios, estas se conectan con las
carreteras primarias, con la característica de ser pavimentadas o en afirmado4.
(Cardenas, 2013)

3 Pavimento: conjunto de capas superpuestas relativamente, compuesta de materiales
seleccionados.

4 Afirmado: capa compactada de material granular o procesado.

 Carreteras terciarias o tercer orden.

Estas vías unenveredas con municipios, la características de estas vías es en
afirmado. (Cardenas, 2013)

2.1.2 Según el tipo de terreno

 Carreteras en terreno plano

Este terreno se caracteriza por tener pendientes transversales al eje de la vía
menores a 5°, exige mínimo movimiento de tierras, las pendientes longitudinales
son menores al 3%. (Invias, 2008)

 Carretera en terreno ondulado.

Tiene pendientes transversales entre 6° y 13°, presenta movimiento de tierras
moderado, las pendientes longitudinales varían entre 3% y 6%, para el tránsito de
vehículos pesados la velocidad es reducida con respecto a la de los vehículos
livianos. (Invias, 2008)

 Carreteras en terreno montañoso

Tiene pendientes transversales entre 13° y 40°, presenta grandes movimientos de
tierra, pendientes longitudinales 6% y el 8%, para el tránsito se obliga a operar a
velocidades sostenidas. (Invias, 2008)

 Carreteras en terreno escarpado

Tiene pendientes transversales superiores a 40°, presenta máximos movimientos
de tierra, pendientes longitudinales mayores al 8%.

2.1.3 Según su competencia

 Carreteras nacionales

Son aquellas que están administradas por Instituto Nacional de Vías (Invias), o
concesionadas con la administración de la Agencia Nacional de Infraestructura
(ANI), están dentro de las carreteras primarias. (Cardenas, 2013)

 Carreteras departamentales

Son aquellas vías de los departamentos, forman parte de las carreteras
secundarias.

 Carreteras veredales o caminos vecinales

Estas vías están a cargo del Instituto Nacional de Vías (Invias) o de los municipios,
forman parte de las carreteras terciarias. (Cardenas, 2013)

 Carreteras distritales y municipales

Son las vías urbanas o suburbanas a cargo del distrito o municipio. (Cardenas,
2013)

2.1.4 Según sus características

 Autopistas

Estas vías presentan calzadas5 separadas, cada una con dos o más carriles,
control de accesos totales, las entradas y salidas se hacen en intersecciones a
desnivel llamados intercambiadores. (Cardenas, 2013)

 Carreteras multi-carriles

Carreteras con calzadas divididas o no, con dos o más carriles, control parcial de
accesos, las intersecciones pueden ser a nivel o desnivel. (Cardenas, 2013)

 Carreteras de dos carriles

Constan de una solo calzada, sus intersecciones son a nivel y accesos directos.
(Cardenas, 2013)

2.1.5 Según transitabilidad

 Carreteras de tierra o en terracerías

La superficie de esta carretera está conformada por tierra, en temporadas de
invierno es complicada su transitabilidad. (Cal y Mayor, 2013).

 Carreteras revestidas

La superficie de esta se encuentra revestida diferente al pavimento su
transitabilidad se puede realizar en cualquier tiempo. (Cal y Mayor, 2013)

5 Calzada: zona destinada a la circulación de los vehículos.

 Carretera pavimentada

La superficie de esta carretera se encuentra revestida con pavimento o concreto.
(Cal y Mayor, 2013)
2.1.6 Según técnica oficial

Estas se identifican con un número y letra, se tienen en cuenta su geometría y
volúmenes vehiculares en el año TPDA. (Cal y Mayor, 2013)

 Tipo A4 para un TPDA de 5000 a 20000 vehículos.
 Tipo A2 para un TPDA de 3000 a 5000 vehículos.
 Tipo B para un TPDA de 1500 a 3000 vehículos.
 Tipo C para un TPDA de 500 a 1500 vehículos.
 Tipo D para un TPDA de 100a 500 vehículos.
 Tipo E para un TPDA hasta de 100 vehículos.
2.2 Fases y actividades del proyecto de una carretera

2.2.1 Pre-factibilidad

Esta etapa consiste en comparar, en un periodo, la suma del costo inicial de
construcción, costo de mantenimiento, los cuales se representaran en ahorros, en
el costo de operación vehicular, es decir que el proyecto sea rentable, siendo una
evaluación económica satisfactoria. (Invias, 2008)

2.2.2 Factibilidad

En esta etapa del proyecto se debe realizar un diseño geométrico definitivo en
planta y que sea compatible en perfil y secciones, es decir que se deben adelantar
las actividades de pre diseño en perfil y secciones.

2.2.3 Diseños definitivos

En esta etapa del proyecto se debe terminar en su totalidad los diseños
geométricos detallados planta, perfil y sección, junto con las demás actividades
que los complemente, estructural e hidráulico, con el fin de que el proyecto sea
ejecutado. (Invias, 2008)

En la figura 2 se puede observar las etapas o ciclos de un proyecto vial.

Figura 2. Ciclo de un proyecto llamado carretera

Fuente: Diseño Geométrico de vías (Carlos Javier Gonzales Vergara, y otros,
2012)
2.3 Diseño geométrico en planta

El diseño geométrico en planta se constituye por elementos rectos que se unen en
los PI6, tales elementos rectos son unidos con curvas que permiten una transición
suave entre los elementos. En el diseño geométrico en planta se definirán
variables como lo es el tipo de empalme, definición de radios, velocidad, definición
del peralte, longitudes de curvas y entre-tangencias (Invias, 2008)

2.3.1 Curvas horizontales espirales

Denominadas curvas de alivio ya que estas permiten aminorar el cambio repentino
de curvatura entre la línea recta y la curva circular, el radio de esta curva
disminuye desde el infinito en la tangente, hasta la curva circular que se conecta.
Se pueden presentar empalmes espiral círculo espiral o espiral espiral (ver
figura3). (Wolf, 2008)

Figura 3. Elementos del empalme espiral-circulo-espiral

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras (Invias, 2008)

6 PI: punto de intersección de las tangentes.

2.4 Diseño geométrico vertical

El diseño geométrico vertical está conformado por líneas rectas que se enlazan
con un elemento matemático denominado parábola, este trazado depende de la
topografía donde se encuentre ubicado el proyecto, ya que se definirán pendientes
bajo condiciones de movimiento de tierras y drenaje aceptables según normativa,
tanto el diseño horizontal y el vertical deben ser consistentes entre ambos, en el
diseño vertical se definirán pendientes, longitudes verticales, curvas cóncavas y
convexas y distancia de visibilidad. (Invias, 2008)

2.4.1 Tipos de Curvas verticales

Las curvas verticales se pueden definir como cóncavas o convexas según las
pendientes de entrada y de salida, S1 y S2 respectivamente, las curvas verticales
tienen puntos denominados, PCV y PTV estos puntos son el inicio y el final de
cada curva respectivamente, el PIV es la intersección de dos tangente, la
diferencia algebraica de pendientes se representa con la letra A, en las figuras 4 y
5 se puede observar el tipo de curvas convexas y cóncavas.

Figura 4. Curvas verticales convexas

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras. (Invias, 2008)

Figura 5. Curvas verticales cóncavas

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras. (Invias, 2008)

2.5 Diseño geométrico transversal

En el diseño geométrico transversal se definirá elementos de ancho de vía, el
ancho de zona de reserva, calzada, bermas, cunetas, taludes y pavimentos, lo
cual permitirá realizar el cálculo de volúmenes de materiales que requiera el
proyecto en la figura 6 se puede observar la sección típica en uno de los tipos de
clasificación de vías urbanas. (Cardenas, 2013)

Figura 6. Sección vial urbana.

Fuente: Plan de ordenamiento territorial de Bogotá.

2.6 Volumen de tránsito

Es una de las variables más difíciles de determinar y caracterizar ya que por una
vía se presentan cambios en la circulación de vehículos, presentado velocidades,
volúmenes y tipos de vehículos poco constantes, lo cual hace que esta variable
sea una aproximación de la realidad. (Rondon, 2015)

Los volúmenes de tránsito son sistemas dinámicos con características de
espaciales es decir que ocupan un lugar, y temporaleses decir que consumen
tiempo, el volumen está definido como el número de vehículos o personas que
pasan por un punto durante un tiempo específico, (Cal y Mayor, 2013)

La estimación del volumen es útil ya que este permite determinar el requerimiento
de nuevas vías, el estado actual de servicio de las vías y orienta el diseño
geométrico de las mismas. (Cal y Mayor, 1998)

En la ecuación 1 se puede observar cómo se define el volumen.

Ecuación 1. Volumen de tránsito

Fuente: ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y
Mayor, 2013)

Dónde:

Q= vehículos que pasan por unidad de tiempo. (Vehículos/periodo)
N= Número total de vehículos que pasan. (Vehículos)
T= periodo determinado (unidad de tiempo)

Los volúmenes se pueden realizar de forma anual, mensual, semanal y diario, de
estos volúmenes se puede calcular su respectivo volumen promedio diario,
tránsito promedio diario (TPD) que se expresa en periodos de días, en la ecuación
2 se define el TPD.

Ecuación 2. Volumen de tránsito promedio.

Fuente: ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y
Mayor, 2013)

2.6.1 Volúmenes de tránsito anual TA.

Se define como el total de vehículos que pasan durante un año, T= 1 año, de aquí
se puede calcular el TPDA (tránsito promedio diario anual), en la ecuación 3 se
define el TPDA.

Ecuación 3. Tránsito promedio diario anual

Fuente: ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y
Mayor, 2013)

Los volúmenes de tránsito anual son usados para determinar patrones de viaje,
calcular índices de accidentes, indicar tendencias y estimativos de costos de
operación en las vías. (Cal y Mayor, 2013)

2.6.2 Volúmenes de tránsito mensual TM.

Se define como el número total de vehículos que pasan durante un mes T= 1mes,
de aquí se puede calcular el TPDM (tránsito promedio diario mensual), en la
ecuación 4 se define el TPDM.

Ecuación 4. Tránsito promedio diario mensual

Fuente: ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y
Mayor, 2013)

2.6.3 Volúmenes de tránsito semanal TS.

Se define como el número total de vehículos que pasan durante una semana T=
1semana, de aquí se puede calcular el TPDS (tránsito promedio diario semanal),
en la ecuación 5 se define el TPDS.

Ecuación 5. Tránsito promedio diario semanal

Fuente: ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y
Mayor, 2013)

2.6.4 Volúmenes de tránsito diario TD.

Se define como el número total de vehículos que pasan durante un día T= 1dia,
loa TD son usados para estimar y mediar el actual funcionamiento de las vías,
localizar sectores críticos donde se requiera nueva infraestructura. (Cal y Mayor,
2013)
2.6.5 Variación del volumen de tránsito en la hora de máxima demanda
VHMD

Se define como el número máximo de vehículos que pasan por un punto o sección
durante 60 minutos, a través de este se determina la hora pico (Cal y Mayor, 1998)
2.6.6 Volumen horario de proyecto VHMP.

Se define como el volumen de tránsito horario que se utiliza para determinar las
características geométricas de la vía en el año de funcionamiento de proyecto.
(Cal y Mayor, 1998)
2.6.7 Factor de la hora de máxima demanda FHMD.

Este indicador permite identificar las características de comportamiento de los
flujos máximos en la hora de máxima demanda, es decir que si su valor es
cercano a uno estos flujos son similares, en la ecuación 6 se define el FHMD.

Ecuación 6. Factor de la hora de máxima demanda

Fuente: ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y
Mayor, 2013)

Dónde:
N= número de periodos durante la hora de máxima demanda.

2.6.8 Pronóstico del volumen de tránsito futuro

El pronóstico del volumen de tránsito futuro se basa en tránsito de volúmenes
actuales y en volúmenes que están directamente relacionados con la puesta en
marcha del proyecto, en la ecuación 6 se define el tránsito futuro como:

Ecuación 7. Volúmenes de tránsito futuro

Fuente: ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y
Mayor, 2013)

 Tránsito actual

Este volumen será el que usara la nueva carretera al momento que inicie el
funcionamiento, pero a sus ves este volumen se puede determinar cómo el
tránsito existente más el tránsito atraído, este tránsito se define por medio de
conteos vehiculares. (Cal y Mayor, 2013)

Ecuación 8. Tránsito actual

Fuente: ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y
Mayor, 2013)

Dónde:

TE= tránsito existente.
TAt: tránsito atraído.

 Tránsito atraído

También denominado tránsito desviado, puesto que se deben de tener en cuenta
la situación actual de las vías existentes cercanas al proyecto, ya que si estas se
encuentran saturadas este motivo hará de preferir el uso de una nueva alternativa
de servicio.

 Incremento del tránsito

El incremento del tránsito se define como el volumen que se espera que utilice la
nueva carretera en el año seleccionado como de proyecto, este incremento se
puede expresar mediante la siguiente ecuación:

Ecuación 9. Incremento normal del tránsito

Fuente: ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y
Mayor, 2013)

 Crecimiento normal del tránsito

El crecimiento normal del tránsito se define o se genera con el motivo de la
generación de facilidad por adquisición de vehículos, también se tiene en cuenta el
deseo de la personas de querer buscar la comodidad de movilizarse. (Cal y Mayor,
2013)

 Tránsito generado

Se define como aquel tránsito que se realizaran gracias a la puesta en marcha del
proyecto, este tránsito se define tránsito inducido que son nuevos viajes que no se
hacían, tránsito convertido nuevos viajes que se realizaban en transporte público
pero que pasan a ser realizados por el particular y por ultimo tránsito trasladado
viajes hechos pero que recurrirán a la nueva vía. (Cal y Mayor, 2013)

 Tránsito desarrollado

El tránsito desarropado se define como el tránsito que aumentara en el transcurso
del tiempo, puesto que una vez en marcha el proyecto este permitirá el desarrollo
de población y actividades económicas adyacentes al área de influencia de la vía.
(Cal y Mayor, 2013)
Finalmente se puede expresar el tránsito futuro mediante la siguiente ecuación:

Ecuación 10. Cálculo tránsito futuro

Fuente: ingeniería de tránsito y transporte, fundamentos y aplicaciones (Cal y
Mayor, 2013)
2.7 Velocidad de proyecto

También denominada como la velocidad de diseño, es la velocidad máxima a la
cual los vehículos pueden transitar, la asignación depende de todos los factores
de diseño, como lo son diseño en planta, perfil y sección (Cal y Mayor, 2013),

además de esto se debe tener en cuenta la seguridad de los usuarios, sin que
estos sientan cambios bruscos de velocidad en el los recorridos. (Invias, 2008).

Para condiciones del proyecto de vías de tipo autopistas o freeway7 se asigna
velocidades con rangos que oscilan entre los 90 km/h y los 120 km/h, aunque
también se permite velocidades que oscilan entre los 70 km/h y los 100 km/h.
(HCM, 2000)
2.7.1 Estudio de velocidad de punto

Este estudio es realizado en un determinado punto o sección de carretera, con el
fin de determinar distribuciones de velocidad según las características de la vía, en
el proyecto geométrico el estudio de velocidad permitirá determinar las
condiciones reales y existentes de velocidad, teniendo en cuenta las variables
geométricas como los son números de carriles, radios de curvatura y peraltes. (Cal
y Mayor, 2013)

2.8 Nivel de servicio o LOS (level of service).

Se le denomina capacidad vial al componente de medir el estado en cuanto a
calidad de flujo vehicular,esta es una medida cualitativa que describe las
condiciones de operatividad de un flujo vehicular en una vía, estas condiciones
están representadas con variables como los son velocidad, espacio de maniobras,
comodidad, conveniencia y seguridad. (Cal y Mayor, 2013)

El manual de capacidad vial determino HCM 2000 seis niveles de servicio
nombrados A, B, C, D, E Y F, estos niveles se clasifican de menor mayor y según
condiciones de operación y circulación deseables y obstaculizadas. (HCM, 2000)
2.8.1 Nivel de servicio A

Este nivel de servicio se representa una circulación a flujo libre, los usuarios
poseen libertad de maniobras, las velocidades de circulación son libres, en pocas
palabras se puede hablar de una circulación excelente. (HCM, 2000)

7 Freeway: son las carreteras en el orden de clasificación de autopistas en estados unidos con
control de accesos restringidos, y con dos o más carriles de servicio. (HCM, 2000)

Figura 7. Nivel de servicio A

Fuente: HighWay Capacity Manual.2000 (HCM, 2000)

2.8.2 Nivel de servicio B

Este nivel de servicio aun presenta un flujo libre, se presenta selección de
velocidades libre por los usuarios, disminuye un poco de libertad de maniobra.
(HCM, 2000)

Figura 8. Nivel de servicio B

Fuente: HighWay Capacity Manual.2000 (HCM, 2000)

2.8.3 Nivel de servicio C

Este nivel de servicio presenta un flujo estable, la interacción entre los usuarios es
mayor, la selección de la velocidad se ve afectada por el número mayor de
usuarios, la libertad de maniobra empieza a ser restringida. (HCM, 2000)

Figura 9. Nivel de servicio C

Fuente: HighWay Capacity Manual.2000 (HCM, 2000)

2.8.4 Nivel de servicio D

Este nivel de servicio presenta una densidad8 elevada, aunque es estable, la
velocidad y el espacio de maniobras son más restringidos, se presentan
problemas de movilidad. (HCM, 2000)

Figura 10. Nivel de servicio D

Fuente: HighWay Capacity Manual.2000 (HCM, 2000)

8 Densidad: se define como la cantidad de vehículos livianos/ kilometro / carril.

2.8.5 Nivel de servicio E

Este nivel de servicio se presenta ya casi un límite de capacidad, la velocidad se
ve reducida, el espacio de maniobra es difícil, se presentan colapsos en las vías
por congestión vehicular. (HCM, 2000)

Figura 11. Nivel de servicio E

Fuente: HighWay Capacity Manual.2000 (HCM, 2000)

2.8.6 Nivel de servicio F

Este nivel de servicio presenta un flujo forzado, se forma un elevado
congestionamiento vehicular, con principal característica en los vehículos del
efecto de onda parada y arranque, la velocidad es mínima y espacio de maniobra
reducido. (HCM, 2000)

Figura 12. Nivel de servicio F

Fuente: HighWay Capacity Manual.2000 (HCM, 2000)

2.8.7 Análisis operacional

Este análisis está orientado a estimar el nivel de servicio en las condiciones
actuales en la vía, permitiendo realizar inversiones a bajo costo y corto plazo,
como lo es el caso del cambio de radio de curvatura de una curva. (Cal y Mayor,
2013)
2.8.8 Análisis de diseño o proyecto

Este análisis consiste en determinar el número de carriles que se necesitan para
alcanzar un nivel de servicio deseado de acuerdo a los volúmenes de vehículos
pronosticados, los niveles que pueden establecer como deseados para proyectos
a largo plazo son el C y el D. (Cal y Mayor, 2013)

2.9 Tipos de coordenadas
2.9.1 Planas cartesianas

El sistema de coordenadas planas cartesianas corresponden a una representación
conforme en el elipsoide, sobre un plano paralelo, ubicado a una determinada
altura H, siendo tangente en un determinado punto de latitud y longitud, la
proyección del meridiano representa el norte, este tipo de proyección es utilizada
para la elaboración de cartografía de ciudades de escala mayores a 1:5000, de
estar proyección existen tantos orígenes cartesianos como ciudades o municipios.
(Igac, 2004)

Figura 13. Proyección cartesiana

Fuente: Tipos de coordenadas manejados en Colombia. (Igac, 2004)

2.10 Información tipo Ráster

La estructura o información tipo ráster consiste en considerar los objetos, (arboles,
caminos, topografía del terreno), en una o más celdas a la cual le corresponde o
se referencia de fila y columna, la cual representa su atributo o valor. (Igac, 1998)
2.11 Información tipo vector

La estructura tipo vectorial representa objetos de la realidad por medio de un par o
una secuencia de pares de coordenadas (x, y), interconectadas, esta estructura se
caracteriza por tener dirección, longitud y sentido. (Igac, 1998)

Figura 14. Estructura de datos raster y vector.

Fuente: centro de Investigación y Desarrollo en Información geográfica (CIAF)

2.12 Georreferenciación

La georreferenciación se refiere al proceso de asignar coordenadas cartográficas
a los datos de una imagen. Los datos pueden estar ya proyectados en el plano
deseado, pero no estar referenciados en el sistema de coordenadas apropiado.
2.12.1 Puntos de control

Los puntos de control son una serie de puntos del terreno, conocidos con
coordenadas X, Y, o N y E, que vinculan ubicaciones en el ráster, con ubicaciones
de los datos relacionados espacialmente N, E vs raster ver (figura 15). Los puntos
de control son ubicaciones que se pueden identificar con precisión en el ráster,
con el fin de conocer el grado de precisión bajo el criterio del error medio
cuadrático, el número de puntos de control permitirá utilizar un determinado
polinomio que orientará el raster a una asignación adecuada de coordenadas.
(Esri, 2013)

Polinomio de grado 1 o afín: Utiliza un polinomio de primer grado. Esto permite
corregir distorsiones simples en la imagen, es utilizado para, para extender,
escalar y girar la imagen. Utiliza tres puntos de control. (Esri, 2013)

Polinomio de grado 2: utiliza un polinomio de segundo grado Esto permite
corregir distorsiones más complejas en la imagen pero a la vez esto deforma un
poco más la imagen georreferenciada. Utiliza 6 puntos de control. (Esri, 2013)

Polinomio de grado 3: Utiliza un polinomio de tercer grado. Esto permite corregir
distorsiones más complejas en la imagen pero a la vez esto deforma
sustancialmente la imagen georeferenciada. (Esri, 2013)

Figura 15. Puntos de control georreferenciación.

Fuente. Ayuda de ArcGIS 10.1 (Esri, 2013)

2.12.2 Error medio cuadrático

El error medio cuadrático es la diferencia entre el punto de partida al punto con
coordenadas cartográficas reales. El error total se calcula mediante la suma
cuadrática media (RMS) de todos los errores residuales de los puntos de control
asignados. Además el error medio cuadrático describe la coherencia de la
transformación entre los distintos puntos de control, los valores de error medio
cuadrático pequeños pueden describir una buena precisión de la
georreferenciación aunque se siguen presentando errores. (Esri, 2013)

2.13 Autopista Elevada

Es un elemento longitudinal con una superficie plana que es utilizada como vía de
recorrido para el transporte y puede ser construida tanto en un viaducto9 como un
terraplén10.

Una gran diversidad de estructuras son utilizadas en los viaductos. La elección
para el diseño de estos es en función de los requerimientos de tránsito, de las
limitaciones de derecho de vía, de las condiciones topográficas, de las
características de soporte del suelo para los cimientos, del carácter del desarrollo
urbano, de las necesidades de los intercambios, de la disponibilidad de materiales
y, desde luego, de consideraciones estrictamente económicas.

9 Viaducto: Es una avenida de altas especificaciones que conecta doso más zonas o cruza una
ciudad.
10 Terraplén: Tierra que sirve de relleno para levantar el nivel del terreno.

3. DISEÑO METODOLÓGICO

La metodología a emplear en la propuesta del diseño geométrico del anillo vial
PARA BOGOTÁ EN EL SECTOR 4 (DESDE LA AUTOPISTA SUR HASTA LA
CALLE 80), se enmarca dentro de actividades que emplearan variables que
estarán soportadas por métodos que comprenden, la recolección, proceso, y
análisis de datos tales como; análisis estadísticos, diseño geométrico,
presupuestos y cantidades de obra, que permitirán la ejecución del diseño del
anillo vial

Cuadro 1. Resumen de metodología desarrollada en el proyecto.

problema subproblema objetivos variables informacion actividades productos
1. analisis del
componente
vehicular
(conteos
vehiculares)
1. Analizar los estudios pertinentes basados
en y documentos sobre tránsito ( estaciones
maestras y movilidad en diferentes etapas y
crecimiento automotor)
volumen
vehicular
conteos en
puntos de la
ciudad
(volumens de
transito)
1. Obtención de la
información de
movilidad (Aforos
viales)
proyeccion
actualy futura
de volumnes
nievles de
servicio HCM
200
2. modelo digital
del sector
(topografia)
2. Generar el modelo digital del terreno para
el occidente de la cuidad comprendido entre
la Autopista Sur, Avenida Américas y Las
Calles 13 y 80.
numero de
planchas
censo de la
cartografia en
el igac
(planchas
cartograficas)
2.Obtención de
cartografía
tipos de
cooordenda
s, escalas
informacion
raster a vector
3.Digitalización de
cartografía
pendientes
terreno
curvas de nivel
4.Generación del
Modelo
Digital del Terreno
numero de
carriles y
velocidad
volumenes de
transito y
velocida de
diseño
5. Análisis
información
obtenida (Softw are
HCM)
radios y
pendientes
del eje vial
diseño
geometrico
6.Diseño
Geométrico
de la
autopista
(Softw are Civil 3d)
cantidades
y costos
voluemenes de
materiales
7. informes de
cubicaciones
estimativo
costo del
proyecto
ciclo del proyecto
DISEÑO
GEOMETRICO
DE UN ANILLO
VIAL PARA
BOGOTÁ EN
EL SECTOR 4
(DESDE LA
AUTOPISTA
SUR HASTA
LA CALLE 80)
3. estudio de
velocidad del
corredor
modelo digital
de la ciudad
diseño
definitivo
planta perfil y
secciones
4. estimacion de
costos
operativos
(cantidades de
obra)
3. realizar estuio de velocidad, con el f in de
determinar la situacion actual de los
corredores cercanos al proyecto.
4.diseñar propuesta a nivel de prefactibilidad
de la implementación de un anillo vial (sector
4) con el f in de generar una alterenativa de
movilidad para bogota.

Fuente: elaboracion propia
.

3.1 Obtención de cartografía

La obtención de planchas cartográficas a escala 1:2000 del Occidente de la ciudad
es suministrada por el IGAC, con proyección plana cartesiana, esta información se
encuentra en formatos tipo Raster, con extensión JPG, la cual fue
georreferenciada para su posterior digitalización por medio del software
especialista en SIG ARCGIS, el cual permitió establecer patrones de calidad en
cuanto a georreferenciación y digitalización de cada una de las curvas de nivel.
3.2 Modelo digital de terreno

Una vez digitalizadas las curvas de nivel esta son exportadas al software de
diseño AutoCAD Civil 3d, en el cual se realizó la triangulación a partir de curvas de
nivel obteniendo el Modelo digital de terreno y la topografía del sector, la cual es
una de las bases para el diseño geométrico del anillo vial, ya que permite la
clasificación del terreno por pendientes y el diseño en planta, perfil, sección
transversal y el estimativo de cubicación de tierra y materiales.
3.3 Conteos vehiculares

Los conteos vehiculares se realizaron por el método de conteo manual, durante
tres día, en días hábiles, cada 12 horas y en cada uno en carriles de entrada y
salida de Bogotá, en Soacha y la calle 80, obteniendo el volumen vehicular en
cada una de las calzadas de entrada y de salida de la cuidad permitiendo
establecer la composición vehicular, volumen horario de máxima demanda y factor
de hora pico en cada uno de los sitios de aforo en la figuras 16 y 17 se pueden
observar los sitios de conteos escogidos.

Figura 16. Punto de aforo Soacha

Fuente: google earth.

Figura 17. Punto de aforo calle 80

Fuente: google earth.

La toma de información se registró en formatos de campo en intervalos de 15
minutos, registrando y clasificando según tipo de vehículo en las figuras 18 y 19 se
puede observar el tipo de formato y la clasificación de los vehículos (camiones).

Figura 18. Formato Volúmenes vehiculares

Fuente: manual de planeación y diseño para la administración del tránsito y el
transporte en Santa fe de Bogota. (Cal y Mayor, 1998)

Figura 19. Clasificación vehicular camiones.

Fuente: manual de planeación y diseño para la administración del tránsito y el
transporte en Santa fe de Bogota. (Cal y Mayor, 1998)

Autos: corresponden a todos los vehículos livianos (de cuatro ruedas).
Buses: incluyen los buses y busetas.

3.4 Pronosticó del volumen de tránsito futuro.

A partir del volumen horario de máxima demanda, se toma el mayor valor que se
presentó en los conteos en la calle 80 y la autopista sur, y con la obtención de
conteos históricos de las estaciones maestras de la secretaria de movilidad, se
realiza el cálculo de los volúmenes futuros con el fin de determinar el volumen
horario de proyecto, que se utilizara para determinar el número de carriles y nivel
de servicio del proyecto.
3.4.1 Estación maestra autopista sur.

Los conteos históricos corresponden a los aforos realizados por la secretaria de
movilidad en la autopista sur, con carrera 68 en el sector comercial conocido como
Venecia, en esta estación se aforaron todos los movimientos permitidos en la
intersección, en la figura 20 se puede observar el esquema de localización de la
estación maestra y cada uno de los movimientos aforados.

Figura 20. Localización estación maestra autopista sur.

Fuente: secretaria de movilidad.

3.4.2 Estación maestra calle 80

Los conteos históricos corresponden a los aforos realizados por la secretaria de
movilidad en la calle 80 en, con carrera 86 (avenida ciudad de Cali), aforando cada
uno de los movimientos permitidos en la intersección, en la figura 21 se puede
observar el esquema de localización de la estación maestra.

Figura 21.Localización estación maestra calle 80.

Fuente: secretaria de movilidad.
3.5 Nivel de servicio

Con la información obtenida en los conteos vehiculares y pronóstico del volumen
futuro se proseguirá a analizar la capacidad y el nivel de servicio mediante el

análisis de campo y Software HCM 2000 de Tránsito, con el fin de obtener el
número de carriles del corredor que tendrá el tramo de la autopista a diseñar.
3.6 Análisis de velocidad

El procedimiento para establecer la velocidad actual se realizó mediante el
recorrido que se hace en una base fija ver figura 22, con el fin de realizar y
conocer el valor de la velocidad actual y que servirá de base para la velocidad de
diseño del anillo vial y determinar el nivel de servicio, los puntos de análisis de
velocidad corresponden a los de conteo, autopista sur y calle 80p

Figura 22. Análisis de velocidad base fija

Fuente: manual de planeación y diseño para la administración del tránsito y el
transporte en Santa fe de Bogota. (Cal y Mayor, 1998)

Une vez recopilada la informacion ver figura 23, se procede al cálculo y
elaboracion de agrupacion de vehiculos determinando la clase, el porcentaje y su
representacion en un histograma y poligono de frecuencias de velocidades
puntuales y un de diagrama de distribucion acumulada el cual permite obervar los
valores de percentilee,uno de estos es el el percentil 85 que indica valores de
maxima velocidad.

Figura 23. Formato análisis de velocidad

Fuente: manual de planeación y diseño para la administración del tránsito y el
transporte en Santa fe de Bogota. (Cal y Mayor, 1998)

3.7 Análisis del radio de curvatura AutoTurn

El análisis de giro de curvatura se realiza con el software de simulación Auto Turn,
el cual permite determinar la consistencia del diseño para un vehículo determinado
que transite por el corredor vial.

Figura 24. Inicio de AutoTURN

Fuente: elaboracion propia. Adaptado del programa AutoTURN.

Para efectos de simulación se emplea el vehículo articulado, actualmente utilizado
en los sistemas de transporte masivo en Colombia.

Figura 25. Configuración para el tipo de vehículo

Fuente: elaboracion propia. Adaptado del programa AutoTURN.

La velocidad de simulación de recorrido del vehículo es de 70 km/h, velocidad
cercana a la del diseño geométrico del anillo vial.

Figura 26. Configuración de la simulación.

Fuente: elaboracion propia. Adaptado del programa AutoTURN.

El análisis se realiza para la curva 1 del eje derecho, con sentido de derecha y
una longitud de curvatura de 592.134 m

3.8 Diseño geométrico del anillo vial

Las carreteras u autopista son obras de infraestructura lineales que atraviesan
diferentes componentes que conforman la topografía de un sector determinado,
tales como; ríos, quebradas, sistemas montañosos entre otros, estas
infraestructuras además de ser adecuadas dentro de la topografía del sector
tienen como finalidad mejorar la comunicación entre dos puntos, brindado
comodidad, seguridad y disminución de tiempo en los recorridos, es por tal motivo
que se es necesario adecuar esta formas para una circulación más eficiente, el
diseño geométrico se compone de un alineamiento horizontal conformado por
tramos tangentes, curvas y espirales, de un alineamiento vertical que ayuda al
cambio de pendientes por medio de parábolas curvas verticales y por último un
componente transversal que define la sección de la autopista o faja de diseño.
(Contreras, 2013), es decir que cada uno de estos componentes del diseño
geométrico del anillo vial se deberá guiar por la aplicación de normativa nacional e

internacional la cual define los aspectos del diseño los cuales se resumen a
continuación:

3.8.1 Clasificación del terreno

A partir del modelo digital del terreno se realiza un plano de pendientes del cual se
interpreta en porcentaje cada una de las tendencias del terreno existente, en el
área de topografía que abarca el diseño geométrico del anillo vial en el occidente
de Bogotá.

3.8.2 Ancho de calzada

Los valores de ancho de calzada se establecieron a partir de la velocidad de
diseño, del tipo de vía y terreno en la cuadro 2 se puede observar los valores de
ancho de calzada establecidos para proyecto de carreteras.

Cuadro 2. Ancho de calzadas para carreteras

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras (Invias, 2008)

3.8.3 Bermas

Los valores de ancho de bermas se establecieron a partir de la velocidad de
diseño, del tipo de vía y terreno en el cuadro 3 se puede observar los valores de
ancho de bermas izquierdas y derechas establecidos para proyecto de carreteras.

Cuadro 3. Ancho de bermas para carreteras

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras (Invias, 2008)

Una vez organizada y recopilada toda la información de parámetros de diseño del
anillo vial se procede a justarlo y graficarlos por medio del software Civil 3d el cual
permitirá ejecutar actividades de costos y presupuestos.

3.8.4 Asignación de radios y peraltes

Los valores de radios y peraltes se establecen según la Asociación Americana de
Autoridades Estatales de Carreteras y Transportes (AASHTO) ya que permite el
manejo de peraltes para áreas urbanas, en el cuadro 4 se puede observar valores
de velocidad, peraltes y radios de diseño de acuerdo a la velocidad de diseño del
proyecto.

Cuadro 4. Valores de radios y peraltes.

Fuente: American Association of State Highway and Transportation Officials
(AASTHO, 2004)

3.8.5 Asignación longitud de espirales

La asignación de la longitud mínima de la espiral se estableció bajo los siguientes
tres criterios según especificación técnica del manual de diseño geométrico de
carreteras (Invias, 2008):

 Criterio 1: se define como la variación de la aceleración centrifuga (J), este
los valores se pueden observar en el cuadro 5.

Cuadro 5. Variación de la aceleración centrifuga (J)

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras (Invias, 2008)

 Criterio 2: limitación y transición del peralte, en este criterio se tiene encueta
el máximo valor de inclinación de la curva que se permite (deltas s).

Cuadro 6. Valores máximos y mínimos de rampa de peraltes.

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras (Invias, 2008)

 Criterio 3: condición de percepción y estética, utilizada con el fin de mostrar
gradualmente el cambio de curvatura.

 Valor máximo de la espiral, según el manual de diseño geométrico
carreteras (Invias, 2008) el valor máximo de la espiral es igual 1.1 por el
radio de la curva.

3.8.6 Longitud mínima circular

La longitud mínima de la circular será la distancia recorrida en 2 segundos,
aunque si se maneja radios mayores a 1000 m esta curva se puede diseñar como
una curva circular simple, tal es el caso de radios en pequeña deflexiones en el
cuadro 7 se puede observar los valores de deflexión mínimos y los radios
asignados para estas.

Cuadro 7. Valores de radios para pequeñas deflexiones

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras (Invias, 2008)

3.8.7 Entre tangencia mínima horizontal

 Para curvas de distinto sentido: se tuvo en cuenta el tiempo de recorrido en
5 segundos de acuerdo a la velocidad específica de la curva adyacente de
la entre tangencia en estudio.

 Para curvas del mismo sentido: esta distancia no debe ser menor a la
distancia recorrida en 5 s para espirales que es el caso del diseño de anillo
vial.

3.8.8 Entre tangencia máxima horizontal

La máxima entre tangencia según de diseño geométrico carreteras (Invias, 2008)
esta no podrá exceder la distancia recorrida en 15 segundo según la velocidad
especifica.

3.8.9 Longitud de transición

La longitud del transición del peralte se desarrolla donde el borde exterior
comienza a elevarse, es decir, en el TE-N tal es el caso de las curvas espirales, en
la figura 27 se puede observar el diagrama de peraltes donde muestra cada uno
de los componentes que conforman el desarrollo del peralte, para cada una de las
curvas que conforman el anillo vial se desarrolló el peralte de acuerdo al radio,
peralte y longitud de espiral asignada.

Figura 27. Diagrama de peraltes curvas espirales.

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras (Invias, 2008)

3.8.10 Sobre ancho

Para el valor del sobre ancho se tuvo en cuenta el tipo de vehículo que se
estableció para el diseño del anillo vial, ya que una vez definido este concepto se
procede a al cálculo del valor de sobre ancho desarrollado para curvas espirales
ver figura 28.

Figura 28. Transición del sobre ancho curvas espirales

Fuente: manual de diseño geométrico de carreteras (Invias, 2008)

3.8.11 Longitud mínima y máxima de la tangente vertical

Se establecen longitudes mínimas y máximas en el diseño vertical, medidas
horizontalmente entre PIV, para la longitud mínima se establece el criterio de no
ser menor a la distancia recorrida en 10 segundos ver cuadro 5 , mientras que
longitud máxima de la tangente vertical está definida como la distancia en que un
vehículo pesado pierde 25 km/h, es decir una