Propuesta de diseño geométrico a nivel de pre factibilidad para una autopista en segundo nivel sobre la avenida Boyacá, en el tramo comprendido entre la intersección con el anillo vial para Bogotá Sector II y la Calle 22

Texto completo

(1)PROPUESTA DE DISEÑO GEOMÉTRICO A NIVEL DE PREFACTIBILIDAD PARA UNA AUTOPISTA EN SEGUNDO NIVEL SOBRE LA AVENIDA BOYACA, EN EL TRAMO COMPRENDIDO ENTRE LA INTERSECCION CON EL ANILLO VIAL PARA BOGOTA SECTOR II Y LA CALLE 22. REALIZADO POR: ELVER DANILO REYES BEJARANO DIEGO FERNANDO LIMAS MORENO. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES INGENIERÍA TOPOGRÁFICA BOGOTÁ D.C. 2017.

(2) PROPUESTA DE DISEÑO GEOMÉTRICO A NIVEL DE PREFACTIBILIDAD PARA UNA AUTOPISTA EN SEGUNDO NIVEL SOBRE LA AVENIDA BOYACA, EN EL TRAMO COMPRENDIDO ENTRE LA INTERSECCION CON EL ANILLO VIAL PARA BOGOTA SECTOR II Y LA CALLE 22. REALIZADO POR: Elver Danilo Reyes Bejarano 20122032034 Diego Fernando Limas Moreno 20122032034. Este proyecto se presenta como requisito para optar al título de ingeniero topográfico, bajo la dirección del Ing. Carlos Javier González Vergara ITV-Esp-MSc. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES INGENIERÍA TOPOGRÁFICA BOGOTÁ D.C. 2017.

(3) Nota de Aceptación. _____________________________. Firma director.

(4) DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS Dedicado a Dios y a mi familia que fueron y serán siempre el motor de mi vida, por quienes continuare esforzándome para poderles brindar todo lo que merecen. Agradecimientos a todos mis compañeros y amigos que estuvieron junto a mí en esta experiencia universitaria, y a los profesores que brindaron sus conocimientos en cada clase, donde cada uno influyo en gran parte de mi formación profesional y personal. Elver Danilo Reyes Bejarano A Dios por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud para lograr mis objetivos. A mis padres por ser el pilar fundamental en todo lo que soy, por su incondicional apoyo a través del tiempo. A todos y cada uno de los docentes que me brindaron su conocimiento y apoyo en la realización de este trabajo Ha sido posible gracias a ustedes. Diego Fernando Limas Moreno.

(5) TABLA DE CONTENIDO 1.. INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. 3. 2.. PROBLEMA ....................................................................................................................... 4 2.1 Planteamiento ................................................................................................................... 4. 3.. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................... 5. 4.. OBJETIVOS ....................................................................................................................... 6 4.1 General ............................................................................................................................. 6 4.2 Específicos ....................................................................................................................... 6. 5.. MARCO REFERENCIAL .................................................................................................. 7 5.1 Marco Teórico .................................................................................................................. 7 5.1.1 Carretera .................................................................................................................... 7 Según su funcionalidad .................................................................................................. 7 Primarias .................................................................................................................... 7 Secundarias ................................................................................................................ 7 Terciarias .................................................................................................................... 7 Según el tipo de terreno .................................................................................................. 7 Terreno plano ............................................................................................................. 8 Terreno ondulado ....................................................................................................... 8 Terreno montañoso ..................................................................................................... 8 Terreno escarpado ...................................................................................................... 8 Según sus características ................................................................................................ 8 Autopistas ................................................................................................................... 8 Carreteras Multicarriles .............................................................................................. 8 Carreteras De Dos Carriles......................................................................................... 9 Según funcionalidad urbana ........................................................................................... 9 Malla Vial Arterial ..................................................................................................... 9 Malla Vial Local ........................................................................................................ 9 Autopistas urbanas ......................................................................................................... 9 Vías Rápidas Urbanas (VRU): ....................................................................................... 9 Vías Arteriales Convencionales (VAC): ........................................................................ 9 5.1.2 Diseño geométrico horizontal ................................................................................. 10 5.1.3 Diseño geométrico vertical ..................................................................................... 10 5.1.4 Elementos de diseño horizontal .............................................................................. 10 Velocidad de diseño ..................................................................................................... 10.

(6) ii Velocidad especifica .................................................................................................... 10 Distancia de visibilidad ................................................................................................ 11 Distancia de visibilidad de parada (DP) ................................................................... 11 Pendiente máxima ........................................................................................................ 12 Curvas espirales de Transición..................................................................................... 13 Longitud mínima de espiral ..................................................................................... 16 Longitud máxima de la espiral de transición ........................................................... 17 5.1.5 Elementos de diseño Vertical .................................................................................. 17 Perfil ............................................................................................................................. 17 Rasante ......................................................................................................................... 18 Curvas Verticales ......................................................................................................... 18 5.1.6 Criterios de diseño vertical ...................................................................................... 19 Pendiente mínima ......................................................................................................... 19 Longitud mínima de la tangente vertical ...................................................................... 19 Determinación de la longitud de la curva vertical ....................................................... 20 Criterio de seguridad ................................................................................................ 20 Criterio de operación ................................................................................................ 21 Criterio de drenaje .................................................................................................... 21 5.1.7 Troncal de Transmilenio sobre la Avenida Boyacá ................................................ 21 5.2 Marco Histórico ............................................................................................................. 23 6.. METODOLOGIA ............................................................................................................. 24 6.1 Cartografía e información base. ..................................................................................... 24 6.2 Levantamiento de Datos en campo. ............................................................................... 26 6.2.1 Aforos vehiculares .................................................................................................. 26 Puntos de aforo ............................................................................................................. 26 Clasificación del parque automotor ............................................................................. 27 6.2.2 Toma de velocidades ............................................................................................... 30 Tamaño mínimo de la muestra ..................................................................................... 30 Uso de radar de transito................................................................................................ 31 6.3 Procesamiento del transito ............................................................................................. 32 6.3.1 Proyección de porcentajes de crecimiento al año 2037........................................... 35 6.3.2 Hora de Máxima Demanda, Factor de Hora Pico y Composición vehicular. ......... 38 6.3.3 Proyección de Transito Horario de Diseño, Atraído, Generado y Desarrollado al año 2037 ................................................................................................................................ 39 6.3.4 Análisis de Capacidad de Servicio .......................................................................... 40.

(7) iii 6.3.5 Análisis de velocidades Puntuales .......................................................................... 43 6.4 Diseño Horizontal. ......................................................................................................... 46 6.4.1 Criterios de diseño horizontal ................................................................................. 46 Tipo de Terreno ............................................................................................................ 46 Velocidad de diseño. .................................................................................................... 46 Radio mínimo ............................................................................................................... 47 Relación entre los radios de curvas horizontales consecutivas .................................... 48 6.4.2 Vehículo de diseño .................................................................................................. 48 6.4.3 Estructuras elevadas existentes ............................................................................... 49 6.4.4 Diseño en planta ...................................................................................................... 49 Trazado del alineamiento horizontal ............................................................................ 49 Espiralización del eje ................................................................................................... 51 Diseño del sobreancho ................................................................................................. 56 Ancho de la calzada ................................................................................................. 56 Edición del sobreancho ............................................................................................ 56 6.5 Diseño Vertical............................................................................................................... 59 6.6 Diseño de la seccion transversal .................................................................................... 63 6.7 Analisis de costos ........................................................................................................... 64 6.7.1 Construcción ........................................................................................................... 64 6.7.2 Recuperación ........................................................................................................... 67 7.. RESULTADOS................................................................................................................. 68 7.1 Modelo digital del terreno .............................................................................................. 68 7.2 Análisis de Transito........................................................................................................ 68 7.3 Diseño vertical ............................................................................................................... 69 7.4 Diseño Horizontal .......................................................................................................... 79. 8.. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................... 82. 9.. REFERENCIAS ................................................................................................................ 83. 10.. LISTA DE ANEXOS .................................................................................................... 84.

(8) LISTA DE TABLAS Tabla 1. Valores de la Velocidad de Diseño de los Tramos Homogéneos (VTR) en función . 11 Tabla 2. Distancias de visibilidad de parada en tramos a nivel................................................ 12 Tabla 3. Distancias de visibilidad de parada en tramos con pendiente. ................................... 12 Tabla 4. Relación entre pendiente máxima (%) en función de la velocidad específica de la tangente vertical (Vtv). ................................................................................................................. 13 Tabla 5. Longitud mínima de la Tangente vertical. Fuente: Manual INVIAS......................... 20 Tabla 6: Desviaciones estándares de velocidades puntuales para distintos tipos de tránsito y vía (km/h) ...................................................................................................................................... 30 Tabla 7: Valores de z para varios niveles de confianza. .......................................................... 30 Tabla 8. Históricos KR 10 x Cll 19 .......................................................................................... 35 Tabla 9. Históricos Producto Interno Bruto Bogotá. ................................................................ 35 Tabla 10. Transito Futuro y Factores de crecimiento para Históricos de la Kr 10 x Cll 19. ... 36 Tabla 11. Transito Futuro y Factores de crecimiento para Históricos de PIB. ........................ 37 Tabla 12. Tablas de Distribución Vehicular para cada Hora de Máxima Demanda en cada sentido de los puntos de aforo. ...................................................................................................... 38 Tabla 13. Transito Atraído, Generado y Desarrollado para Cll 84 S x Kr 1 E ........................ 39 Tabla 14. Transito Atraído, Generado y Desarrollado para Av Boyaca x Cll 22 .................... 40 Tabla 15. Distribución de frecuencias Cll 84 S x kr 1 E sentido S-N ...................................... 43 Tabla 16 Distribución de frecuencias Cll 84 S x kr 1 E sentido N-S. ...................................... 43 Tabla 17. Distribución de frecuencias Av Boyacá x Cll 22 sentido S-N. ................................ 44 Tabla 18. Distribución de frecuencias Av Boyacá x Cll 22 sentido N-S. ................................ 44 Tabla 19: Velocidad de diseño de un tramo homogéneo ......................................................... 47 Tabla 20. Radio Mínimo para Velocidades de Diseño con peralte máx.= 4% ........................ 48 Tabla 21: Ecuaciones de la relación entre radios de curvas contiguas .................................... 48 Tabla 22: Criterios de longitudes de espiral ............................................................................. 52 Tabla 23: Elementos geométricos de las curvas ...................................................................... 54 Tabla 24: Valores de sobreancho ............................................................................................. 58 Tabla 25. Criterios de seguridad para Longitud Mínima de Curva Vertical. ........................... 60 Tabla 26 Criterios operación y drenaje para Longitud Mínima y Máxima de Curva Vertical. 61 Tabla 27. Puntos de transición de peralte en Civil 3D ............................................................. 62 Tabla 28. Viaductos de referencia en Colombia. ..................................................................... 65 Tabla 29. Determinación costo total de construcción. ............................................................. 66 Tabla 30. Análisis de recuperación .......................................................................................... 67 Tabla 31. Diseño Curvas Verticales. ........................................................................................ 69 Tabla 32: Elementos principales de la geometría horizontal. .................................................. 79. LISTA DE FIGURAS Ilustración 1. Curva de transición entre la recta y el arco circular. .......................................... 13 Ilustración 2. Elementos de la curva simétrica Espiral-Circular-Espiral. ................................ 14 Ilustración 3. Elementos que componen el alineamiento vertical. ........................................... 17 Ilustración 4. Elementos de las curvas verticales ..................................................................... 18 Ilustración 5. Red de Troncales de Transmilenio propuestas a futuro. .................................... 22.

(9) ii Ilustración 6. Izquierda: Relieve a cada metro de desnivel; Derecha: Malla vial de Bogotá... 24 Ilustración 7. Ubicación (inicio y final) del tramo de la Avenida a ampliar. ........................... 25 Ilustración 8. Imagen satelital de la Avenida Boyacá sector de Yomasa. ................................ 25 Ilustración 9: Punto de aforo Clle 84 S Kr 1 Este .................................................................... 26 Ilustración 10: Punto de aforo Av. Boyacá con Calle 22 ......................................................... 26 Ilustración 11: Ubicación espacial del primer punto de aforo. ................................................ 27 Ilustración 12: Ubicación espacial del segundo punto de aforo. .............................................. 27 Ilustración 13: Formato en blanco para el Estudio de Volúmenes vehiculares ....................... 28 Ilustración 14: Clasificación de los camiones .......................................................................... 29 Ilustración 15: Aforos manuales en la Calle 84 Sur con Kr 1 Este .......................................... 30 Ilustración 16: Toma de Velocidades por radar. ...................................................................... 31 Ilustración 17: Formato de estudio de velocidad puntual ........................................................ 32 Ilustración 18. Análisis HCS2000 sentido N-S ........................................................................ 41 Ilustración 19. Análisis HCS 2000 sentido S-N ....................................................................... 42 Ilustración 20: Perfil de terreno en el eje. ................................................................................ 46 Ilustración 21: Vehículo usado para el cálculo del sobreancho. .............................................. 49 Ilustración 22: Cruces vehiculares en la Avenida Boyacá. ...................................................... 49 Ilustración 23: Círculos tangentes al diseño actual de la Avenida Boyacá .............................. 50 Ilustración 24. Alineamiento horizontal de la Autopista Proyectada ....................................... 50 Ilustración 25: Radio adoptado En la Av. Boyacá con Transversal 6 Este. ............................. 51 Ilustración 26: Herramienta Create aligment from objects: ..................................................... 51 Ilustración 27: Herramienta Geometry Editor.......................................................................... 53 Ilustración 28: Alineamiento final ........................................................................................... 55 Ilustración 29: Valores de C en función del ancho de calzada................................................. 57 Ilustración 30: Opción offset parameter ................................................................................... 57 Ilustración 31. Ubicación puntos de intersección a desnivel y puentes peatonales. ................ 59 Ilustración 32. Puntos de transición de peralte. ........................................................................ 63 Ilustración 33: Creación del ensamblaje. ................................................................................. 63 Ilustración 34: Parámetros de diseño del ensamblaje............................................................... 64 Ilustración 35: Sección típica del alineamiento. ...................................................................... 64 Ilustración 36. Vista Isométrica del modelo de Elevación Empleado...................................... 68 Ilustración 37. Diseño Vertical de Rasante. ............................................................................. 78.

(10) LISTA DE ECUACIONES Ecuación 1. Parámetro de la espiral ......................................................................................... 15 Ecuación 2. Angulo de deflexión de la espiral. ........................................................................ 15 Ecuación 3. Angulo de deflexión en cualquier punto P. .......................................................... 15 Ecuación 4. Angulo central de la curva circular. ..................................................................... 16 Ecuación 5. Disloque o desplazamiento................................................................................... 16 Ecuación 6. Distancia sobre la tangente hasta el PC virtual. ................................................... 16 Ecuación 7. Tangente de la curva E-C-E ................................................................................. 16 Ecuación 8. Externa de la curva E-C-E .................................................................................... 16 Ecuación 9. Tangente corta de la espiral. ................................................................................. 16 Ecuación 10. Tangente larga de la Espiral ............................................................................... 16 Ecuación 11. Cuerda larga de la espiral. .................................................................................. 16 Ecuación 12. Deflexión sobre cualquier punto P ..................................................................... 16 Ecuación 13. Deflexión del EC. ............................................................................................... 16 Ecuación 14. Longitud de la curva circular. ............................................................................ 16 Ecuación 15. Criterio por aceleración centrifuga. .................................................................... 16 Ecuación 16. Criterio por transición de peralte. ....................................................................... 16 Ecuación 17. Criterio por percepción y estética ....................................................................... 17 Ecuación 18. Criterio por ángulo de giro ................................................................................. 17 Ecuación 19. Longitud máxima de la espiral ........................................................................... 17 Ecuación 20. Diferencia algebraica de pendientes. .................................................................. 19 Ecuación 21. Externa vertical desde el PIV ............................................................................. 19 Ecuación 22. Ordenada vertical en cualquier punto................................................................. 19 Ecuación 23. Longitud mínima vertical si Dp<L ..................................................................... 20 Ecuación 24. Longitud mínima vertical si Dp>L ..................................................................... 20 Ecuación 25 Longitud mínima vertical si Dp<L. ..................................................................... 21 Ecuación 26 Longitud mínima vertical si Dp>L. ..................................................................... 21 Ecuación 27. Longitud mínima por criterio de operación ........................................................ 21 Ecuación 28. Longitud máxima por criterio de drenaje ........................................................... 21 Ecuación 29: Número mínimo de observaciones ..................................................................... 31 Ecuación 30. Factor de Hora Pico ............................................................................................ 38 Ecuación 31: Sobreancho requerido en una curva ................................................................... 56 Ecuación 32: Ancho de la calzada en curva ............................................................................. 56 Ecuación 33: Ancho ocupado por el vehículo cuando está describiendo la trayectoria en la curva .............................................................................................................................................. 56 Ecuación 34: Avance del voladizo delantero del vehículo sobre el carril adyacente, cuando está describiendo la trayectoria en curva ...................................................................................... 56 Ecuación 35: Sobreancho adicional de seguridad .................................................................... 57 Ecuación 36. Longitud total de transición de peralte ............................................................... 62 Ecuación 37. Longitud de aplanamiento .................................................................................. 62.

(11) 1 RESUMEN El transito actual de la ciudad de Bogotá es un dolor de cabeza que siempre ha sido tema indicador de cada administración por la que pasa la capital de Colombia, y a pesar de distintos esfuerzos de control al parque automotor con implementación de pico y placa, se ven pocas intervenciones constructivas que amplíen la red vial; red que en pleno siglo XXI cuenta con solo una autopista al Norte, que a pesar de llevar el nombre de autopista no cumple con las características mínimas de diseño de una vía de este tipo como se evidencia en las horas pico. Es por esto que se propone adaptar el trazado existente de la Avenida Boyacá en una autopista a segundo nivel desde el sector de Yomasa hasta la intersección de esta avenida con la calle 22. Para poder categorizar este diseño como autopista se tomó una velocidad de diseño 100 km/h en la parte de sabana, y en la zona montañosa una velocidad de diseño de 70 km/h, se implementó un peralte máximo de 4%, y se elevó la calzada de este a una altura considerable para respetar gálibos en las diferentes intercesiones que existen, manejando diferentes software para el cálculo, diseño y análisis de datos tomados en campo, dando como resultado el diseño geométrico y un presupuesto aproximado de lo que puede incurrir la construcción de esta autopista, que en coordinación con proyectos de grado anteriores y posteriores buscara adecuar toda la malla vial de Bogotá a velocidades de operación altas que mejore la seguridad y el confort de los habitantes de la ciudad..

(12) 2. ABSTRACT The current traffic in the city of Bogotá is a headache that has always been an indicator of each administration that passes through the capital of Colombia, and despite different control efforts to the motor park with implementation of peak and plate, is seen Few constructive interventions that expand the road network, a network that in the XXI century has only a motorway to the north that at peak hours does not supply, is why it is proposed to adapt the existing route of the Boyacá Avenue on a highway at the second level From the sector of Yomasa to the intersection of this avenue with 22nd street. In order to be able to categorize this design as a motorway, a design speed of 100 km / h was taken in the savanna part, and in the mountainous zone a design speed of 70 km / h, a maximum cant of 4% was implemented, The road of this one to a considerable height to respect gálibos in the different intercessions that exist, handling different software for the calculation, design and analysis of data taken in the field, resulting in the geometric design and an approximate budget of what the Construction of this highway, which, in coordination with previous and subsequent degree projects, will seek to adapt the entire Bogota highway network at high operating speeds that will improve the safety and comfort of the city's inhabitants.

(13) 3 1. INTRODUCCIÓN La ejecución de proyectos de infraestructura vial es elemental en el desarrollo de los países y las grandes ciudades, ya que son sinónimos de bienestar en la población, generando directa e indirectamente mayores oportunidades de comercio y comunicación entre las comunidades, pero que deben acoplarse a la normativa nacional e internacional que garantice a los usuarios de estas vías, la seguridad y la comodidad necesaria como se ve sintetizado en los manuales desarrollados por entidades estatales que buscan servir de guía, estandarizando conceptos y procedimientos para cualquier diseño vial; entre estas entidades esta la AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) que desarrolló un manual que ha servido de base para el realizado por el Instituto Nacional de Vías (INVIAS) a nivel Colombia, siendo este último, el documento adecuado para implementar en la propuesta de expansión presentada en este documento. Hoy en día se puede apreciar en la capital de Colombia (Bogotá D.C.) una evolución deficiente en movilidad debido a diferentes aspectos, donde la creación y rehabilitación de vías es el que más impacto tendría en la mejora de esta problemática. Dentro de las vías que vemos en la ciudad, una de las más difíciles de transitar en horas pico de afluencia vehicular es la Avenida Boyacá, la cual atraviesa de sur a norte sobre más de 40 barrios, convirtiéndose en una gran arteria vial que además de ser demandada por vehículos particulares y de servicio público, también es usada por buses intermunicipales y camiones de carga pesada que afectan el transito sobre esta vía tan importante. Dentro de los componentes de un sistema de transporte funcional la infraestructura vial es elemental, es por esto que en el transcurso del presente documento se propone la implementación de una estructura vial que expanda la vía sobre el trazado que se encuentra actualmente, mejorando su velocidad de diseño, rediseñando radios y pendientes, y convirtiéndola en una gran autopista que satisfaga las necesidades de la ciudad, proyectada a un gran periodo de tiempo, mejorando la percepción de desarrollo y optimizando el tiempo de recorrido de los vehículos que la utilicen..

(14) 4 2. PROBLEMA 2.1 Planteamiento La movilidad es de suma importancia en cualquier ciudad y los problemas que se producen sobre este tema afectan inmediatamente la apreciación de desarrollo en los ciudadanos, y se hace necesario atacar esta problemática con acciones y estrategias que busquen satisfacer las necesidades básicas de tránsito automovilístico y peatonal. Bogotá siendo la capital de Colombia tiene una gran extensión urbana que albergaba (según cifras del DANE) para el año 2010 una población de 7 363 782 de hab., con proyección en el 2015 de 8 852 722 de habitantes, produciendo una alta demanda de movilidad y dejando al descubierto la ineficiencia de la mayoría de infraestructura vial existente. Los tiempos de recorrido de un ciudadano de Bogotá activamente productivo (trabajador o estudiante) depende directamente de la ubicación del individuo, pero es evidente que los habitantes de localidades periféricas, que sumadas tienen la más alta densidad poblacional de la ciudad, deben transportarse a la zona central de Bogotá, implicado de una a dos horas de movilización sobre el transporte público, privado o particular, rediciendo el tiempo aprovechable en otras actividades más productivas, y aumentando la inconformidad general de movilidad trayendo consigo problemas sociales de intolerancia y posiblemente problemas médicos relacionados con el estrés..

(15) 5. 3. JUSTIFICACIÓN El déficit que tiene actualmente el sistema vial arterial de la capital de la República es realmente considerable, con una magnitud tal, que las vías diseñadas no soportan tanta cantidad de flujo vehicular y rebasan sus especificaciones de diseño, en unos intervalos de tiempo específicos por día; es por esto que se deben plantear alternativas que mejoren la infraestructura vial existente, para solucionar las dificultades que en ella se presentan. Debido a esto se propone una solución que, de una u otra manera aminore las dificultades que por capacidad y nivel de servicio se presenten en un tramo de la Avenida Boyacá, dejando como precedente, un estudio de pre factibilidad del diseño geométrico de una autopista de segundo nivel en un sector en donde nunca antes se había concebido una obra de tal naturaleza. Teniendo como base de trabajo el planteamiento anteriormente expuesto, se concibe el diseño geométrico de vías como una herramienta para el progreso de una comunidad; es por esto que para el desarrollo del presente estudio de pre factibilidad, se usaran técnicas comúnmente trabajadas y otras que fueron empleadas por primera vez en esta monografía, entre las cuales están el uso de software libres para la descarga y optima manipulación de imágenes aéreas de la zona del proyecto y el uso de aplicaciones móviles para realizar el conteo o aforo de transito; aportes de carácter metodológico que vale la pena resaltar. Por todo lo anterior, es oportuno aludir al hecho de que el problema objeto de estudio tiene una única solución y es la mejora circunstancial en las condiciones de operación de este importante corredor vial, solución que solo puede ser alcanzada si se realizan todos los pasos pertinentes a cabalidad; teniendo como fundamento teórico los conceptos sobre diseño, construcción y conservación de vías. Basándose en las anteriores consideraciones, cabe resaltar que el problema va a ser trabajado de la manera más integral posible; por una parte, se busca presentar una alternativa real que dé solución al déficit de infraestructura vial que se presenta a lo largo de este importante corredor teniendo como fundamento las propiedades que se deben tener en cuenta a la hora de concebir un proyecto vial: seguridad y comodidad, y por el otro, se busca conservar todas las propiedades inherentes a la zona de trabajo respetando las relaciones que existen entre sus componentes (ambiental, social, económico, cultural, urbano) realizando los estudios pertinentes, claro está, sin comprometer el pleno desarrollo del proyecto. En resumidas palabras, el aporte más significativo que se expone consiste en el planteamiento de una alternativa que responda a las exigencias que se presentan en esta importante arteria vial usando como principios teóricos la seguridad y la comodidad que una autopista debe tener en su fase de diseño, dando respuesta a los requerimientos que la sociedad tiene sobre movilidad sin dejar de lado, la conservación del medio que va a ser intervenido con la implementación del presente estudio..

(16) 6 4. OBJETIVOS 4.1 General Realizar el estudio de diseño geométrico a nivel de pre factibilidad de un tramo de ampliación sobre la Avenida Boyacá, de calzada alzada, comprendido entre la intersección con el anillo vial para Bogotá y la Calle 22. 4.2 Específicos . Evaluar el flujo de transito existente en el tramo a diseñar mediante la realización de aforos de volúmenes vehiculares.. . Realizar un análisis de capacidad y nivel de servicio del tramo de la Avenida a Boyacá a diseñar.. . Emplear información cartográfica de buena calidad suministrada gratuitamente por la Infraestructura de datos espaciales del Distrito Capital.. . Realizar el diseño geométrico de la autopista de segundo nivel siguiendo el trazado existente de la Avenida Boyacá para encaminar el estudio de pre factibilidad..

(17) 7 5. MARCO REFERENCIAL 5.1 Marco Teórico 5.1.1 Carretera Es una infraestructura especializada elaborada con materiales de alta durabilidad, acondicionada sobre el terreno con el fin de dar prioridad a la circulación de vehículos, ciclistas o peatones, para que estos no tengan interrupciones en el espacio ni el tiempo, garantizando al mismo tiempo seguridad, comodidad, y compatibilidad con el medio ambiente. Las carreteras han sido por mérito las mejores vías de comunicación terrestre entre comunidades, estas han venido evolucionando y en la actualidad su diseño y construcción se rige sobre manuales expedidos por las autoridades competentes, que están apoyados en normativas internacionales. Para el caso de Colombia se ciñe en el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del Instituto Nacional de Vías del año 2008 donde se clasifican las carreteras según funcionalidad y según el tipo de terreno. Según su funcionalidad Primarias Son carreteras troncales, transversales y accesos a capitales de Departamentos que cumplen la función básica de integración de las principales zonas de producción y consumo del país conectando también con los demás países. Estas carreteras Primarias deben funcionar totalmente pavimentadas, y pueden ser de calzadas divididas. Secundarias Aquellas carreteras que unen las cabeceras municipales entre sí, o que provienen de una cabecera municipal y conectan con una carretera Primaria. Pueden funcionar pavimentadas o en afirmado. Terciarias Carreteras de acceso que unen las cabeceras municipales con sus veredas o entre ellas. Las carreteras de este tipo deben funcionar en afirmado. En caso de pavimentarse deberán cumplir con las condiciones geométricas estipuladas para las vías Secundarias. (INVIAS, 2008) Según el tipo de terreno Depende directamente a topografía predominante en el tramo en estudio, es decir que a lo largo del proyecto pueden presentarse tramos homogéneos en diferentes tipos de terreno..

(18) 8 Terreno plano Muestra pendientes transversales al eje de la vía menores de cinco grados (5°) y pendientes longitudinales alrededor de tres por ciento (3%). Este tipo de carreteras permite a los vehículos pesados mantener aproximadamente la misma velocidad que la de los vehículos livianos. Terreno ondulado Tiene pendientes transversales entre seis y trece grados (6° - 13°) lo que permite alineamientos más o menos rectos, sin mayores dificultades en el trazado. Sus pendientes longitudinales se encuentran entre tres y seis por ciento (3% - 6%). Estas carreteras obligan a los vehículos pesados a reducir sus velocidades significativamente por debajo de las de los vehículos livianos. Terreno montañoso Presenta pendientes transversales trece y cuarenta grados (13° -40°) y pendientes longitudinales entre seis y ocho por ciento (6% - 8%). Generalmente requiere grandes movimientos de tierra durante la construcción, por lo cual presenta dificultades en el trazado. Las carreteras de este tipo obligan a los vehículos pesados a operar a velocidades sostenidas en rampa durante distancias considerables. Terreno escarpado Tiene pendientes transversales superiores a cuarenta grados (40°) y generalmente sus pendientes longitudinales son superiores a ocho por ciento (8%). Exigen el máximo movimiento de tierras durante la construcción, lo que acarrea grandes dificultades en el trazado. En estas los vehículos pesados operar a menores velocidades sostenidas en rampa que en aquellas a las que operan en terreno montañoso, para distancias significativas y en oportunidades frecuentes. (INVIAS, 2008) Otro tipo de clasificación de carreteras se muestra libro de diseño geométrico de carreteras de James Cárdenas, donde se aprecian las características de estas. Según sus características Autopistas Son vías de calzadas separadas, cada una con dos o más carriles y con control total de accesos. Las entradas y salidas de las autopistas se realizan únicamente a través de intersecciones a desnivel comúnmente llamadas distribuidores o intercambiadores. Carreteras Multicarriles Son carreteras divididas o no, con dos o más carriles por sentido y con control parcial de accesos. Las entradas y salidas se realizan a través de intersecciones a desnivel y a nivel..

(19) 9 Carreteras De Dos Carriles Constan de una sola calzada de dos carriles, uno por cada sentido de circulación, con intersecciones a nivel y acceso directo desde sus márgenes. (Grisales, 2013) Según funcionalidad urbana Para Bogotá, el Plan de Ordenamiento Territorial del 2004 estableció que el subsistema vial urbano está conformado por los siguientes componentes: Malla Vial Arterial  Malla Vial Arterial de Integración Regional  Malla Vial Arterial Principal  Malla Vial Arterial Complementaria  Malla Vial Arterial Intermedia Malla Vial Local “Está conformada por los tramos viales cuya principal función es la de permitir la accesibilidad a las unidades de vivienda” (Alcaldia Mayor De Bogotá DC, 2012) Adicionalmente la guía para diseño de vías urbanas para Bogotá establece que, para el caso de las arterias regionales, principales y secundarias es necesario tener en cuenta algunas tipologías particulares: Autopistas urbanas Vía arterial de alta velocidad con funcionamiento a través de peaje urbano, que permite desplazamientos dentro del área urbana de manera directa entre las zonas residenciales y las centralidades. Cuentan con control total de accesos e intersecciones exclusivamente a desnivel en zonas seleccionadas. Vías Rápidas Urbanas (VRU): Estas vías suelen constituir la primera fase de una futura Autopista Urbana, cuentan con múltiples calzadas, con control de accesos y enlaces parcial. Vías Arteriales Convencionales (VAC): Vías arteriales, regionales, primarias y secundarias existentes, con circulación interrumpida por intersecciones a nivel y control parcial o ausente de accesos. Dispuestas a ser proyectadas a Vías Rápidas Urbanas. (Alcaldia Mayor De Bogotá DC, 2012) Para el caso de este proyecto se clasifica el diseño como una Autopista Urbana que estará dentro de la Malla Arterial de Integración Regional ya que conecta la carretera vía al llano con la salida Norte de la ciudad de Bogotá..

(20) 10 5.1.2 Diseño geométrico horizontal “En forma particular, el diseño geométrico de carreteras es el proceso de correlación entre sus elementos físicos y las características de operación de los vehículos, mediante el uso de las matemáticas, la física y la geometría. En este sentido, la carretera queda geométricamente definida por el trazado de su eje en planta y en perfil y por el trazado de su sección transversal.” (Grisales, 2013) El trazado en planta comprende un análisis geomorfológico, hidrológico y catastral del terreno proyectado en un plano cartográfico, donde dependiendo el tipo de proyecto se opta por diseñar desde cero siguiendo el relieve (línea de ceros) o continuando un trazado existente mejorándolo y siguiendo puntos obligados, la naturaleza del proyecto define también ciertos criterios que se deben tener en cuenta como diseñador y ejecutor. 5.1.3 Diseño geométrico vertical También denominado rasante, es la proyección en perfil paralela al eje de la vía, y por ende, dicha proyección expresara la longitud real del eje. Los parámetros utilizados en este, deben ser congruentes con los utilizados en el diseño horizontal, por lo tanto es necesario que los elementos tengan la misma velocidad específica del sector en planta que coincide con el segmento vertical en diseño. Se busca rasantes con un óptimo ajuste a la topografía del terreno, sin incumplir normativas, pero generando los menores costos posibles tanto en su construcción como en su operación. 5.1.4 Elementos de diseño horizontal Velocidad de diseño La velocidad es el elemento básico para el diseño geométrico de carreteras y el parámetro de cálculo de la mayoría de los diversos componentes del proyecto. La velocidad de diseño se define como la máxima velocidad segura y cómoda que puede ser mantenida en un tramo determinado de una vía, cuando las condiciones son tan favorables, que las características geométricas de la vía predominan. La selección de la velocidad de diseño depende de la importancia o categoría de la futura carretera, de la configuración topográfica del terreno, de los usos de la tierra, del servicio que se quiere ofrecer, según el Instituto Nacional de Vías adopta en el 2008 la siguiente tabla como la base para ofrecer un equilibrio entre el nivel de servicio y las posibilidades económicas del país. Ver tabla 1. Velocidad especifica Por ser un diseño de vía urbana, se adoptará por Velocidad específica la velocidad del diseño del tramo, como está estipulado en la Tabla 1, extraída del manual de la AASTHO..

(21) 11 Tabla 1. Valores de la Velocidad de Diseño de los Tramos Homogéneos (VTR) en función Fuente: Manual del INVIAS. Distancia de visibilidad Es la distancia que se hace visible delante del conductor y es indispensable tenerla en cuenta para el diseño de cualquier carretera con el fin de garantizar seguridad y eficiencia. Para lo anterior se deben tener en cuenta tres tipos de distancia de visibilidad. Distancia de visibilidad de parada (DP) Es la distancia necesaria para que el conductor de un vehículo pueda detenerlo antes de llegar a un obstáculo que aparezca en su trayectoria al circular a la velocidad específica del elemento. La longitud requerida para detener el vehículo será la suma de dos distancias: la distancia recorrida durante un tiempo de percepción y reacción y la distancia recorrida durante el frenado. Un estudio realizado por la AASHTO y presentado en el Manual de Diseño Geométrico AASHTO– 2004, da a conocer las siguientes tablas de distancias de Visibilidad de Parada (Tabla 2 y Tabla 3) para distintas velocidades específicas de diseño..

(22) 12 Tabla 2. Distancias de visibilidad de parada en tramos a nivel. Fuente: Manual del INVIAS. Tabla 3. Distancias de visibilidad de parada en tramos con pendiente. Fuente: Manual del INVIAS. Pendiente máxima Según el transito futuro y la velocidad de diseño que va directamente relacionado a la configuración o tipo de terreno, se determina la pendiente máxima, la cual garantizará una circulación ideal para el vehículo de diseño, éstas pendientes se emplean cuando (desde el punto de vista económico) se requiere salvar obstáculos de carácter local en tramos cortos para evitar que se conviertan en longitudes críticas, dichas pendientes se muestran en la Tabla 4 a continuación..

(23) 13. Tabla 4. Relación entre pendiente máxima (%) en función de la velocidad específica de la tangente vertical (Vtv). Fuente: Manual de INVIAS. Curvas espirales de Transición Como se estableció anteriormente, “el alineamiento en planta de una vía consiste en el desarrollo geométrico de la proyección de su eje sobre un plano horizontal” - (Grisales, 2013). Dicho alineamiento está formado por tramos rectos enlazados con curvas (Para este caso espirales de transición). Las espirales de transición nacen de la necesidad de amortiguar la fuerza de aceleración centrifuga que se genera al entrar en una curvatura, los conductores buscan que esta variación de curvatura y de aceleración centrifuga sean uniformes a lo largo del desarrollo de la transición, ver Ilustración 1.. Ilustración 1. Curva de transición entre la recta y el arco circular. Fuente: Diseño Geométrico de Vías, Carlos Javier González, Mario Arturo Rincón, Wilson Ernesto Vargas.. Para garantizar lo anteriormente dicho se adopta la ecuación de la Clotoide o Espiral de Euler, donde el radio de curvatura es inversamente proporcional a la longitud recorrida a lo largo del empalme a partir de su origen. Geométricamente la espiral se puede definir por un conjunto de elementos, espiral que al utilizarla como empalme para la transición de entrada y salida de una curva circular simple, aparecerá una serie de cálculos esenciales para el trazado de esta, lo cual es necesario partir de partir de algunos datos conocidos, como lo.

(24) 14 son: el ángulo de deflexión1 ∆, el radio de la curva circular Rc según la velocidad de diseño, longitud de espiral Le, cuya determinación de longitud mínima se muestra más adelante. Este tipo de empalme consiste en desplazar o dislocar hacia adentro lo suficiente para poder intercalar las espirales de transición, donde el radio se va a conservar y en el cual, para este caso, la espiral de salida será de la misma longitud a la de entrada (empalme de transición simétrica), en la Ilustración 2 se evidencia cada elemento geométrico encontrado en este tipo de empalme.. Ilustración 2. Elementos de la curva simétrica Espiral-Circular-Espiral. Fuente: Diseño Geométrico de Carreteras, James Cárdenas. De la anterior ilustración se llega a los siguientes elementos:  PI = Punto de intersección de las tangentes principales  TE = Tangente-Espiral. Punto donde termina la tangente de entrada y empieza la espiral de entrada.. 1. Angulo formado entre la tangente de entrada proyectada y la tangente de salida del alineamiento..

(25) 15                            . EC = Espiral-Circular. Punto donde termina la espiral de entrada y empieza la curva circular central. CE = Circular-Espiral. Punto donde termina la curva circular central y empieza la espiral de salida. ET = Espiral-Tangente. Punto donde termina la espiral de salida y empieza la tangente de salida. P = Punto cualquiera sobre el arco de espiral. O' = Centro de la curva circular primitiva (sin transiciones). = Nuevo centro de la curva circular (con transiciones). ∆ = Ángulo de deflexión entre las tangentes principales. θe = Ángulo de la espiral. Ángulo entre la tangente a la espiral en él TE y la tangente en el EC. ∆c = Ángulo central de la curva circular con transiciones. θ = Ángulo de deflexión principal del punto P. Ángulo entre la tangente a la espiral en él TE y la tangente en el punto P. φ = Deflexión correspondiente al punto P. Ángulo entre la tangente a la espiral en él TE y la cuerda c'. φ c = Deflexión correspondiente al EC, o ángulo de la cuerda larga de la espiral. R = Radio de curvatura de la espiral en el punto P. Rc = Radio de la curva circular central. Te = Tangente de la curva espiral-circular-espiral. Distancia desde el PI al TE y del PI al ET. TL = Tangente larga de la espiral. TC = Tangente corta de la espiral. C' = Cuerda de la espiral para el punto P. CLe = Cuerda larga de la espiral. Le = Longitud total de la espiral. Distancia desde el TE al EC. L = Longitud de la espiral, desde el TE hasta el punto P. p = Desplazamiento (disloque o retranqueo). Distancia entre la tangente a la prolongación de la curva circular desplazada al PC y la tangente a la curva espiralizada. k = Distancia a lo largo de la tangente, desde el TE hasta el PC desplazado. a = Desplazamiento del centro. Distancia desde O' hasta O. b = Proyección de a sobre el eje X. Ee = Externa de la curva espiral-circular-espiral. X, Y = Coordenadas cartesianas del punto P. Xc , Yc = Coordenadas cartesianas del EC.. Estos diferentes elementos se calculan mediante las expresiones que se muestran a continuación. Ecuación 1. Parámetro de la espiral. 𝐾 = √𝑅𝑐 ∗ 𝐿𝑒 Ecuación 2. Angulo de deflexión de la espiral.. 𝜃𝑒 =. 90° 𝐿𝑒 ∗ 𝛱 𝑅𝑐. Ecuación 3. Angulo de deflexión en cualquier punto P..

(26) 16. 𝜃 = 𝜃𝑒(. 𝐿 2 ) 𝐿𝑒. 𝑇𝑐 =. Ecuación 4. Angulo central de la curva circular.. 𝑌𝑐 𝑠𝑒𝑛 𝜃𝑒. Ecuación 10. Tangente larga de la Espiral. ∆𝑐 = ∆ − 2𝜃𝑒. 𝑇𝑙 = 𝑋𝑐 −. 𝑌𝑐 𝑡𝑎𝑛 𝜃𝑒. Ecuación 11. Cuerda larga de la espiral.. Ecuación 5. Disloque o desplazamiento. 𝑝 = 𝑌𝑐 − [𝑅𝑐(1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑒)] Ecuación 6. Distancia sobre la tangente hasta el PC virtual.. 𝑘 = 𝑋𝑐 − (𝑅𝑐 𝑠𝑒𝑛𝜃𝑒). 𝐶𝐿𝑒 = √𝑋𝑐 2 + 𝑌𝑐 2 Ecuación 12. Deflexión sobre cualquier punto P. 𝜑 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 Ecuación 7. Tangente de la curva E-C-E. ∆ 𝑇𝑒 = 𝑘 + (𝑅𝑐 + 𝑝)𝑡𝑎𝑛 2. Ecuación 13. Deflexión del EC.. 𝜑𝑐 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛. 𝑌 𝑋 𝑋𝑐 𝑌𝑐. Ecuación 14. Longitud de la curva circular. Ecuación 8. Externa de la curva E-C-E. 𝐸𝑒 = (𝑅𝑐 + 𝑝) (. ∆𝑐 𝐺𝑐 Lc min=0.556*Vch[Km/h] (INVIAS, 2008) 𝐿𝑐 =. 1 ∆ 𝑐𝑜𝑠 2. ) − 𝑅𝑐. Ecuación 9. Tangente corta de la espiral.. Longitud mínima de espiral La longitud de espiral está dada por una serie de fórmulas matemáticas ya establecidas; la longitud mínima es asignada de acuerdo a 4 posibles criterios de los cuales se escoge el valor numérico más alto y la longitud máxima está dada por una única fórmula. La longitud mínima de la espiral de acuerdo a la variación de la aceleración centrífuga se expresa con la Ecuación 15, mostrada a continuación: Ecuación 15. Criterio por aceleración centrifuga.. 𝑉𝑐ℎ 𝑉2 𝐿𝑒 ≥ ( − 1.27 ∗ 𝑒) 46.656 ∗ 𝐽 𝑅𝑐 Dónde: Vch: velocidad especifica de la curva horizontal J: Variación de la aceleración centrifuga en m/3 e: peralte de cada curva Rc: radio de cada curva en metros La Ecuación 16 muestra la longitud mínima de la espiral de acuerdo a la transición del peralte: Ecuación 16. Criterio por transición de peralte.. 𝐿𝑒 ≥. 𝑎∗𝑒 ∆𝑠. a: Distancia del eje de giro al borde de la calzada, en metros. ∆s: Inclinación de la rampa de peraltes, en porcentaje (%)..

(27) 17. Longitud mínima de la espiral por razones de percepción y estética se determina con la Ecuación 17: Ecuación 17. Criterio por percepción y estética. 𝐿𝑒 ≥ √6𝑅𝑐 Asumiendo un ángulo de giro de la espiral mínimo de tres grados, la Ecuación 18 será la indicada. Ecuación 18. Criterio por ángulo de giro. 𝐿𝑒 ≥ 0.10472 ∗ 𝑅𝑐 Longitud máxima de la espiral de transición El criterio de longitud máxima se determina de la siguiente manera, ver Ecuación 19. Ecuación 19. Longitud máxima de la espiral. 𝐿𝑒 ≤ 1.21 ∗ 𝑅𝑐 5.1.5 Elementos de diseño Vertical El alineamiento vertical está compuesto por dos elementos esenciales: rasante y perfil de terreno. La línea de rasante a su vez tiene dos elementos que le componen, que son, las curvas parabólicas verticales que permiten un cambio gradual de pendiente desde la tangente de entrada hasta la tangente de salida y las llamadas tangentes o tramos verticales rectos delimitados por el final de una curva y principio de la siguiente, como se muestra en la Ilustración 3.. Ilustración 3. Elementos que componen el alineamiento vertical. Fuente: Diseño Geométrico de Vías (Agudelo 2002). Perfil El perfil del alineamiento vertical corresponde a la proyección del eje horizontal sobre el terreno en el cual se está diseñando y se puede determinar con diferentes métodos, ya sea mediante un Modelo Digital de Elevación (MDT) extraído por cualquier procedimiento.

(28) 18 (LIDAR, ART, Topografía convencional) o mediante nivelación directa del eje previamente localizado en el terreno para posteriormente trazar la línea de rasante más adecuada sobre el perfil longitudinal obtenido por cualquier método. Rasante Compuesta por tangentes y curvas. Las Tangentes verticales tienen una longitud definida, la cual es tomada sobre la proyección horizontal (ΔX), con una pendiente (p) definida y expresada normalmente en porcentaje. Dicha pendiente se encuentra definida entre un valor mínimo y uno máximo que depende principalmente de:   . El tipo de terreno y el tipo de vía.. La velocidad de diseño. La composición vehicular que podría tener la vía.. Curvas Verticales Es un elemento geométrico de la rasante (ver Ilustración 4) que posee la forma estructura matemática de una parábola que tiene como principales funciones:  Enlazar dos tangentes verticales consecutivas  Permitir cambios de pendiente de forma gradual.  Facilitar la operación vehicular de una manera cómoda y segura.  Permite un adecuado drenaje. La curva vertical simétrica está conformada por dos parábolas de igual longitud, que se unen en la proyección vertical del PIV. La curva vertical recomendada es la parábola cuadrática, cuyos elementos principales y expresiones matemáticas se incluyen a continuación (INVIAS, 2008):. Ilustración 4. Elementos de las curvas verticales Fuente: INVIAS 2008. Dónde:. PCV: Principio de la curva vertical..

(29) 19 PIV: Punto de intersección de las tangentes verticales. PTV: Terminación de la curva vertical. S1: Pendiente de la tangente de entrada, en porcentaje (%). S2: Pendiente de la tangente de salida, en porcentaje (%). L: Longitud de la curva vertical, medida por su proyección horizontal, en metros. A: Diferencia algebraica de pendientes, en porcentaje (%), o sea Ecuación 20. Diferencia algebraica de pendientes.. 𝐴 = |𝑆1 − 𝑆2| E: Externa. Ordenada vertical desde el PIV a la curva, dada en metros, se determina así: Ecuación 21. Externa vertical desde el PIV. 𝐴∗𝐿 800 X: Distancia horizontal a cualquier punto de la curva desde el PCV o desde el PTV. Y: Ordenada vertical en cualquier punto, también llamada corrección de la curva vertical, se calcula mediante la expresión: 𝐸=. Ecuación 22. Ordenada vertical en cualquier punto.. 𝑌 = 𝑋2 ∗ (. 𝐴 ) 200 ∗ 𝐿. 5.1.6 Criterios de diseño vertical Para que el diseño vertical de la vía cumpla con los parámetros y requisitos dispuestos por el Instituto Nacional de vías (INVIAS) es imperativo tener en cuenta los siguientes criterios de diseño: Pendiente mínima La pendiente mínima longitudinal de la rasante debe garantizar especialmente el escurrimiento fácil de las aguas lluvias en la superficie de rodadura y en las cunetas. La pendiente mínima que garantiza el adecuado funcionamiento de las cunetas debe ser de cero punto cinco por ciento (0.5%) como pendiente mínima deseable y cero punto tres por ciento (0.3%) para diseño en terreno plano o sitios donde no es posible el diseño con la pendiente mínima deseable. (INVIAS, 2008) Longitud mínima de la tangente vertical La longitud mínima de las tangentes verticales con Velocidad Específica menor o igual a cuarenta kilómetros por hora (VTV ≤ 40 km/h) será equivalente a la distancia recorrida en siete segundos (7 s) a dicha velocidad, medida como proyección horizontal, de PIV a PIV. Las tangentes verticales con Velocidad Específica mayor a cuarenta kilómetros por hora (VTV > 40 km/h) no podrán tener una longitud menor a la distancia recorrida en diez segundos (10 s) a dicha velocidad, longitud que debe ser medida como proyección.

(30) 20 horizontal entre PIV y PIV. En la Tabla 5 se presentan los valores para diferentes Velocidades Específicas de la tangente vertical (VTV). (INVIAS, 2008) Tabla 5. Longitud mínima de la Tangente vertical. Fuente: Manual INVIAS. Determinación de la longitud de la curva vertical Los criterios para la selección de la longitud de la curva vertical que a continuación se indican son aplicables para las curvas simétricas y asimétricas y son los siguientes: Criterio de seguridad Establece una longitud mínima que debe tener la curva vertical para que en toda su trayectoria la distancia de visibilidad sea mayor o igual a la de parada (DP). Es pertinente manifestar que en algunos casos el nivel de servicio deseado puede obligar a diseñar curvas verticales que satisfagan la distancia de visibilidad de adelantamiento (Da). La determinación de longitud mínima de la curva vertical por el criterio de seguridad depende de las dos situaciones que se presente en cada tipo de curva, donde la relación de la distancia de parada y la longitud de la curva sea la verdadera. Quiere decir que, si al realizar el cálculo de longitud cumple la sentencia de la ecuación, ese será el valor mínimo de longitud de la curva redondeando este valor a un múltiplo de 10. . Longitud mínima por criterio de seguridad en curvas convexas o Si Dp<L calculado Ecuación 23. Longitud mínima vertical si Dp<L. 𝐿𝑚𝑖𝑛. 𝐴 ∗ (𝐷𝑝)2 = 447. o Si Dp>L calculado Ecuación 24. Longitud mínima vertical si Dp>L. 𝐿𝑚𝑖𝑛 = 2 ∗ 𝐷𝑝 − . 447 𝐴. Longitud mínima por criterio de seguridad en curvas cóncavas o Si Dp<L calculado.

(31) 21 Ecuación 25 Longitud mínima vertical si Dp<L.. 𝐿𝑚𝑖𝑛 =. 𝐴 ∗ 𝐷𝑝2 120 + 3.5 ∗ 𝐷𝑝. o Si Dp>L calculado Ecuación 26 Longitud mínima vertical si Dp>L.. 𝐿𝑚𝑖𝑛 = 2 ∗ 𝐷𝑝 −. 120 + 3.5 ∗ 𝐷𝑝 𝐴. Criterio de operación Establece una longitud mínima que debe tener la curva vertical para evitar al usuario la impresión de un cambio súbito de pendiente expresada en la Ecuación 27. Ecuación 27. Longitud mínima por criterio de operación. 𝐿𝑚𝑖𝑛 = 0.6 ∗ 𝑉𝑐𝑣 Criterio de drenaje Establece una longitud máxima que puede tener la curva vertical para evitar que, por ser muy extensa, en su parte central resulte muy plana dificultándose el drenaje de la calzada, ver Ecuación 28. Es un caso que solo se presenta en las curvas cóncavas. Ecuación 28. Longitud máxima por criterio de drenaje. 𝐿𝑚𝑎𝑥 = 𝐾𝑚𝑎𝑥 ∗ 𝐴 Donde el valor máximo de K es 50. 5.1.7 Troncal de Transmilenio sobre la Avenida Boyacá Después de 17 años de estudios y diseños, la alcaldía mayor de Bogotá dio a conocer en el 2015 la primera fase de la troncal de Transmilenio sobre la Boyacá, la cual iría desde Yomasa hasta la calle 137 con 21 estaciones, que tendría un costo de $3.2 billones, y del cual se contaba con $1.2 billones provenientes del cupo de endeudamiento y de transferencias de otros proyectos de Transmilenio, esperando así, que en concertaciones con la Nación se obtuvieran los $2 billones restantes. Pero para este año (2016) el IDU2 decidió en enero suspender la licitación para la construcción de esta obra, por la falta de coordinación entre empresas de servicio públicos y entidades distritales. Se estimaba que esta obra movilizaría más de 500.000 Bogotanos al día y beneficiaria a 1’900.000 habitantes de la zona de impacto. Transmilenio es un sistema de transporte masivo que tiene proyectado abarcar la totalidad del área urbana de Bogotá, donde se verán involucradas además de la Boyacá, vías principales como la Avenida 68, La Avenida ciudad de Cali entre otras, tal como se muestra en la Ilustración 5.. 2. Instituto de Desarrollo Urbano.

(32) 22. Ilustración 5. Red de Troncales de Transmilenio propuestas a futuro. Fuente: web [SkyscraperCity], Foro sobre transporte urbano en Bogotá..

(33) 23 5.2 Marco Histórico A través de la historia hemos evidenciado una evolución en cuanto al desarrollo de vías de distintas características las cuales paso a paso han establecido normas y parámetros específicos para su ejecución. Para el caso específico de Colombia presentamos los siguientes antecedentes: Durante la Colonia, se dio un impulso importante a la modernización de la ciudad, donde se resaltan las construcciones religiosas y avances en obras civiles como el puente sobre el río Tunjuelito, y el puente del Común, este último ayudó a agilizar la comunicación entre Santafé y Zipaquirá, el puente de Sopó facilitó la vía hacia el norte y el Puente de Aranda se comunicaba con el camino de occidente y con los puentes de San Antonio en Fontibón y Bosa sobre el río Tunjuelito. En 1884 comenzó a operar el tranvía de mulas, que cubría el trayecto desde la Plaza de Bolívar hasta Chapinero y más adelante otra vía que iba desde esa plaza hasta la Estación de la Sabana, por la Calle 10 hacia el occidente. En 1889 se estrenó la primera línea del ferrocarril que partió de San Victorino a Facatativá. A partir de 1910 operó el tranvía bajo el sistema eléctrico y comunicaría los extremos de la ciudad. Para 1993 la ciudad superó los cinco millones de habitantes y hacia 1999 su área urbana cubría una extensión de 30.401 hectáreas. A finales del siglo XX (1998), se inició la construcción del sistema masivo de transporte denominado Transmilenio, tipo BRT (autobús de transito rápido por sus siglas en inglés), y comenzó a rodar en diciembre de 2000 por la troncal de la Caracas hasta la Avenida sexta y la calle 80, como parte de la Fase I (uno). Actualmente se buscan distintas alternativas para afrontar el ya colapsado sistema de tránsito en Bogotá la movilidad para el cual tenemos el proyecto de Sistema Integrado de Transporte Público –SITP, donde se pretende unificar el trasporte y dejar de lado el clásico pero obsoleto sistema de autobuses. Se evidencia que la administración distrital se preocupa por el transporte masivo, que es donde puede estar parte de la solución de la movilidad en Bogotá con la propuesta del sistema masivo metro y el tren ligero. La avenida Boyacá además de recibir su nombre en homenaje al departamento emblema de la independencia de Colombia fue nombrada en un principio como Avenida Darío Echandía (expresidente de Colombia). En nomenclatura se conocía como Transversal 72, pero en la actualidad es nombrada como carrera 72 en una gran parte del trazado. (Redacción EL TIEMPO Zona, 2015).

(34) 24. 6.. METODOLOGIA. En la elaboración del diseño geométrico para el estudio de pre factibilidad de la autopista de segundo nivel sobre la Avenida Boyacá, es necesario puntualizar las siguientes etapas: 6.1 Cartografía e información base. Como en cualquier proyecto vial, es necesario contar con información básica pertinente, su topografía y los datos catastrales de la localización del proyecto se deben tener a una escala adecuada que permitan el adecuado análisis y diseño de la vía a plantear. Por estar enfocada esta propuesta en mejorar la movilidad de la capital de Colombia, se pudo emplear información cartográfica del IDECA3 (Ilustración 6), que cumple con estándares adecuados de calidad y donde su descarga y uso es libre y se encuentra en la página web. Así se pudo obtener archivos “shape” de la malla vial y las curvas de nivel a cada metro (1m) de Bogotá, que se aprovechó sobre un área de afectación de dos kilómetros y medio para el modelo digital de terreno.. Ilustración 6. Izquierda: Relieve a cada metro de desnivel; Derecha: Malla vial de Bogotá. Fuente: IDECA. Es en el software ArcMap de la suite de ArcGIS donde se editó el archivo de curvas de nivel, adecuándolo a la zona de estudio, la cual se ubica sobre la Avenida Boyacá desde la intersección con el anillo vial con el anillo vial para Bogotá planteado en anteriores proyectos de grado de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas (al sur), con coordenadas planas de inicio Norte 987387.767 y Este 997869.660 en el sistema de referencia Magna SIRGAS origen Bogotá, hasta la calle 22 (al norte) empalmando con el siguiente tramo de ampliación, con coordenadas Norte 1006675.128 y Este 995261.220 del mismo sistema de referencia, el BOP y el EOP se ve muestra en la Ilustración 8, y en total se tiene algo más de 23 (veintitrés) kilómetros de vía a diseñar. Hacia el sur predomina terreno montañoso en el sector de Usme, tornándose plano al llegar a la meseta en Tunjuelito, la Ilustración 7 da a conocer esta zona de estudio. 3. Infraestructura de Datos Espaciales del distrito.

(35) 25. Ilustración 7. Ubicación (inicio y final) del tramo de la Avenida a ampliar. Fuente: Google Earth, Digital Globe.. Para obtener un mejor referente en la parametrización de la Avenida Boyacá y comprender el impacto que podría tener sobre predios de la zona la adecuación a velocidades de autopista, se empleó una imagen satelital (Ilustración 8) de aproximadamente un metro de resolución espacial4, obtenida por medio del software SASPlanet que cuenta con diferentes bibliotecas de imágenes en RGB de diferentes resoluciones y épocas, y que brinda al usuario una descarga georreferenciada en el elipsoide WGS84 (Ver anexo 12), por tal motivo fue necesario en ArcMap proyectar la imagen en el sistema de coordenadas de referencia que se manejó en el proyecto, exportándola en formato .jpg2000 con el fin de poderla emplear en el software AutoCAD Civil 3D en el cual se realizó el diseño geométrico de la ampliación a segundo nivel.. Ilustración 8. Imagen satelital de la Avenida Boyacá sector de Yomasa. Fuente: Biblioteca de Imágenes de Google.. 4. Tamaño de pixel a escala real, nivel de detalle máximo..

(36) 26 6.2 Levantamiento de Datos en campo. 6.2.1 Aforos vehiculares Puntos de aforo Los días 7, 8 y 9 del mes de marzo del año 2017, se realizaron los aforos vehiculares de volúmenes de tráfico en un punto cercano al BOP del proyecto (Calle 84S X Kr 1 Este), la Ilustración 9 muestra el sitio mencionado:. Ilustración 9: Punto de aforo Clle 84 S Kr 1 Este Fuente: Elaboración propia.. Los días 21, 22, y 23 del mes de febrero del año 2017, se realizaron los aforos vehiculares de volúmenes de tráfico en un punto cercano al EOP del proyecto, Ilustración 10 (Avenida Boyacá con Calle 22), respectivamente:. Ilustración 10: Punto de aforo Av. Boyacá con Calle 22 Fuente: Elaboración propia.. Espacialmente, los puntos de aforo en los cuales se realizaron los conteos se muestran en las Ilustraciones 11 y 12..