Levantamiento Topográfico Y Diseño Geométrico Vial Con Paso A Desnivel En La Intersección De La Avenida Boyacá Con Calle 44 Sur

(1)

LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO Y DISEÑO GEOMÉTRICO VIAL CON PASO A DESNIVEL EN LA INTERSECCIÓN DE LA AVENIDA BOYACÁ CON CALLE 44 SUR.

Nombre: Julio Cesar Núñez Delgado Código: 20111031022

Documento: 1.032.457.912

Correo Electrónico: [email protected]

Nombre: Miguel Ángel Aldana Valencia Código: 20111030002

Documento: 1.136.883.970

Nombre: Juan Pablo Aldana Valencia Código: 20091031001

Documento: 1.018.443.522

Estudiantes tecnología en topografía Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales

RESUMEN

La movilidad de una ciudad, quizás uno de los aspectos más importantes para las administraciones locales, las cuales buscan a diario generar planes y acciones que disminuyan las congestiones vehiculares que se presentan a diario por las diferentes calles de la ciudad. Una de las alternativas que permite dar una solución a los problemas de la movilidad es la construcción de pasos a desnivel que permitan el transito sin interrupciones de los vehículos.

Este trabajo pretende generar el diseño horizontal de un paso a desnivel en la intersección de la Avenida Boyacá con Calle 44 Sur, como una solución a la congestión vehicular que se presenta a diario en la zona, a casusa de la gran cantidad de semáforos existentes. A partir de un levantamiento topográfico detallado de la zona, base fundamental para el planteamiento y diseño del paso a desnivel.

(2)

PALABRAS CLAVES

BOMBEO: Pendiente transversal en las entre tangencias horizontales de la vía, que tiene por objeto facilitar el escurrimiento superficial del agua. Está pendiente, va generalmente del eje hacia los bordes.

CALZADA: Zona de la vía destinada a la circulación de vehículos. Generalmente pavimentada o acondicionada con algún tipo de material de afirmado.

CARRIL: Parte de la calzada destinada al tránsito de una sola fila de vehículos.

COTA ROJA: diferencia de cota entre el nivel del terreno natural y el nivel de la explanación o firme proyectado.

EJE DE CALZADA: La línea longitudinal a la calzada, demarcada o imaginaria, que determinará las áreas con sentido de tránsito opuesto de la misma; al ser imaginaria, la división es en dos partes iguales

PAVIMENTO: es la capa constituida por uno o más materiales que se colocan sobre el terreno natural o nivelado, para aumentar su resistencia y servir para la circulación de personas o vehículos.

PENDIENTE: Es el grado (medida) de inclinación de una recta, la razón de cambio en (y) con respecto al cambio en (x).

PERFIL LONGITUDINAL: intersección del plano de la rasante de la carretera con los planos verticales que pasan por el eje de la misma.

RADIO MINIMO DE UNA CURVA CIRCULAR: magnitud mínima permisible para circular en condiciones de seguridad, depende de los tipos de tráfico, terreno y velocidad especifica.

RASANTE: alineación vertical que constituye el trazado en alzado del eje de una calzada.

SECCION TRANSVERSAL: sección obtenida al cortar la carretera por un plano normal de la proyección horizontal del eje longitudinal.

TALUD: superficie inclinada de un terraplén o desmonte.

TANGENTE VERTICAL: Tramos rectos del eje del alineamiento vertical, los cuales están enlazados entre sí por curvas verticales.

(3)

JULIO CESAR NUÑEZ DELGADO MIGUEL ANGEL ALDANA VALENCIA

JUAN PABLO ALDANA VALENCIA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y R.N

TECNOLOGIA EN TOPOGRAFIA

BOGOTA

(4)

JULIO CESAR NUÑEZ DELGADO COD. 20111031022 MIGUEL ANGEL ALDANA VALENCIA COD. 2011103

JUAN PABLO ALDANA VALENCIA COD. 20

Proyecto de grado para optar al título de tecnólogos en topografía

DIRECTOR: ING. JULIO HERNAN BONILLA ROMERO

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y R.N

TECNOLOGIA EN TOPOGRAFIA

BOGOTA

(5)

HOJA DE ACEPTACION

_________________________________________________________________

_______________________________________ Firma del director del proyecto

_______________________________________ Firma jurado 1

(6)

Bogotá, Octubre 2015

DEDICATORIA

A nuestros padres ejemplo de coraje y perseverancia, que con su amor, apoyo incondicional y valores inculcados han aportado en nuestra formación personal y humana. A nuestros hermanos quienes con su apoyo y acompañamiento han ayudado a superar momentos de dificultad A nuestros profesores, Ingeniero Julio Hernán Bonilla Romero quien con su asesoría y experiencia ha colaborado para hacer realidad este sueño de culminar con éxitos nuestro primer título de estudios superiores, Ingeniero Ismael Osorio, Ingeniera Ruby Estela Pardo por su buena disposición en el momento de asesorarnos en este arduo proceso A nuestros amigos, quienes nos han acompañado a lo largo de nuestro proceso de

(7)

AGRADECIMIENTOS

Agradecer en primer instancia a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, claustro universitario que nos abrió las puertas, permitiéndonos llevar a cabo una formación íntegra como personas pensantes, estrategas y competentes capaces de afrontar de manera crítica y profesional el mundo laboral al cual nos enfrentamos

Agradecemos a la facultad de medio ambiente y recursos naturales, espacio en el cual pudimos desarrollar de manera íntegra nuestras capacidades.

(8)

8

1.1.1. Descripción del problema ... 12

1.2 OBJETIVOS ... 13

1.2.1 OBJETIVO GENERAL ... 13

1.2.2 OJETIVOS ESPECIFICOS ... 13

1.3 DELIMITACION O ALCANCE ... 13

1.3.1 Delimitación geográfica ... 13

2. MARCO REFERENCIAL ... 14

2.1 MARCO TEORICO ... 14

3. METODOLOGIA ... 23

3.1 PLANTEAMIENTO DEL LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO ... 24

3.2 EJECUCIÓN DEL LEVANTAMIENTO ... 31

3.3 MODELO DIGITAL DE TERRENO ... 34

3.4 DISEÑO HORIZONTAL ... 36

3.4 DISEÑO VERTICAL ... 53

3.6 SECCIONES TRANSVERSALES ... 57

3.7 CALCULO DE VOLUMENES ... 62

4. MODELAMIENTO 3D ... 67

5. CONCLUSIONES ... 68

6. RECOMENDACIONES ... 68

7. BIBLIOGRAFIA ... 69

8. INFOGRAFIA ... 69

(9)

9 TABLA DE IMAGENES

(10)

10 TABLA DE TABLAS

(11)

11 INTRODUCCION

Actualmente en el sector Las Delicias sobre el corredor vial cercano a la intersección de la Avenida Boyacá con Calle 44 Sur en la Localidad de Kennedy, se cuenta con un paso semaforizado que permite el tránsito de vehículos automotores en sentido Norte-Sur, Sur-Norte, Norte-Occidente, Oriente-Occidente, Oriente - Sur, y Oriente-Norte.

La zona cuenta con siete semáforos los cuales no permiten el flujo libre de los vehículos en ninguno de los sentidos antes mencionados, generando así grandes congestiones vehiculares que se pueden evidenciar con una simple inspección visual de la zona, especialmente en horas pico. La Avenida Boyacá es una vía principal para la movilidad, puesto que está vía conecta desde el norte hasta el sur de la ciudad, generando una mayor problemática en las horas pico.

Para dar solución a la problemática mencionada se plantea el Diseño Geométrico de un deprimido vial, el cual se va a realizar a partir de un levantamiento topográfico convencional detallado de la zona mencionada, que tiene como objetivo principal descongestionar la Avenida Boyacá, facilitando así el flujo continuo de los vehículos en ambos sentidos, mejorando también el paso peatonal. De esta forma se pretende reducir los tiempos de desplazamiento de los vehículos que transiten por esta zona.

En la actualidad el diseño y la construcción de pasos a desnivel en distintas zonas de la ciudad, se ha convertido en una de las soluciones más recurrentes para agilizar los tiempos de desplazamiento, es así como se evidencia por ejemplo que para mejorar las dificultades de movilidad que se presentan actualmente en la NQS por el alto flujo vehicular de la vía y por la intersección semaforizada que existe a la altura de la calle 94, se construye un paso a desnivel o glorieta deprimida que permitirá generar un corredor continuo.

La intersección a desnivel en el cruce de la carrera 30 con la calle 80 y la Avenida Suba, la cual permite la interconexión entre las tres troncales de Transmilenio, es otro claro ejemplo de la funcionalidad que tiene los pasos a desnivel en la movilidad de la ciudad.

(12)

12 JUSTIFICACION

Es importante el desarrollo de este trabajo ya que se pretende suministrar un diseño geométrico de un paso a desnivel, que solucione el problema de movilidad que se presenta en la Avenida Boyacá con Calle 44 Sur en la Localidad de Kennedy, para ello es necesario realizar un levantamiento topográfico detallado de la zona y posterior diseño geométrico, que permita la solución del problema.

Académicamente el objetivo de este proyecto es lograr una base teórica sobre el levantamiento y posterior diseño de un paso a desnivel, de tal manera que se convierta en un documento guía para cualquier persona que desee obtener información básica acerca, normas y parámetros a tener en cuenta a la hora de efectuar un buen levantamiento topográfico para poder generar el diseño de un paso a desnivel.

Partiendo de la necesidad de aplicar los conocimientos adquiridos a lo largo del proceso de formación académico y con el propósito de ponerlos en práctica se plantea la solución a un problema común en la ciudad de Bogotá como lo es el arreglo de las vías y diseños de construcción especializados para generar un mejor flujo vehicular

1.

GENERALIDADES

1.1. PROBLEMA

1.1.1. Descripción del problema

En un comienzo cuando se realizó el diseño y la construcción de la intersección vial de la Avenida Boyacá con Calle 44 Sur ubicada en el sector Las Delicias en la Localidad de Kennedy, los estudios que se llevaron a cabo no contemplaron proyecciones en cuanto al incremento del flujo vehicular que se podría presentar en dicha zona con el transcurrir de los años. Por lo que hoy en día debido a la gran cantidad de vehículos que circulan por este lugar se generan grandes congestiones que afectan la movilidad.

Ahora bien, en la actualidad la duración en tiempo del cambio de semáforo que regula el paso de los vehículos en la intersección, genera grandes represamientos sobre todo en la avenida Boyacá, ocasionando así una disminución en la velocidad de circulación, que en horas pico puede ser de hasta 20km/h, generándose alta congestión que afectan la movilidad de la zona

(13)

13 1.2 OBJETIVOS

1.2.1 OBJETIVO GENERAL

Realizar un levantamiento topográfico y el diseño geométrico vial con paso a desnivel en la intersección de la Avenida Boyacá con calle 44 sur.

1.2.2 OJETIVOS ESPECIFICOS

 Obtener la topografía del sector a partir de un levantamiento topográfico convencional.

 Realizar el Diseño Geométrico de un paso a desnivel teniendo en cuenta la normatividad vigente

 Generar un plano topográfico y un modelo en 3D donde se evidencie la funcionalidad del diseño.

1.3 DELIMITACION O ALCANCE

1.3.1 Delimitación geográfica

La delimitación geográfica de este trabajo se enfoca en el sur de la ciudad de Bogotá específicamente en la intersección vial de la Avenida Boyacá con Calle 44 Sur, sector Las Delicias, Localidad de Kennedy

(14)

14

2. MARCO REFERENCIAL

2.1 MARCO TEORICO

2.1.1 INTERSECCIONES VIALES

Las intersecciones son zonas comunes a dos o más carreteras que se cruzan al mismo (o diferente) nivel y en las que se incluyen las calzadas que pueden utilizar los vehículos para el desarrollo de todos los movimientos posibles.

Las intersecciones también reciben el nombre de: entroques, intercambios, o pasos, las vías que hacen parte de la intersección pueden también recibir el nombre de ramas, rampas, enlaces y rulos o loops.1

2.1.2. TIPOS DE INTERSECCIONES VIALES

A continuación se describen de manera general los diferentes tipos de intersecciones tanto a nivel como a desnivel que se pueden encontrar2

A. INTERSECCIONES A NIVEL

 Intersecciones a nivel simples sin semáforos.  Intersecciones a nivel semaforizadas.

 Intersecciones a nivel con carriles adicionales para cambios de velocidad.  Intersecciones a nivel canalizadas

 Glorietas

ESQUEMAS DE INTERSECCIONES BÁSICOS DE DISEÑO

 Intersecciones tipo T y Y

Figura 2. Esquema Base Intersección ''T'' o ''Y'' Fuente: Manual de diseño geométrico INVIAS 2008

(15)

15 Figura 3. Esquema Base Intersección a Nivel en ''T'' o "Y'' con Separador y Carril de Giro a la

Izquierda

Fuente: Manual de diseño geométrico INVIAS 2008

 Intersecciones tipo Cruz (+) o (x):

(16)

16 Figura 5. Esquema Base Intersección en Cruz ''+'' o Equis ''x'' con Separador y Carril de Giro a la

Izquierda

Las Glorietas

La glorieta es la solución a nivel de una intersección vial, que se caracteriza porque los tramos que a ella confluyen se comunican mediante un anillo en la cual la circulación se efectúa alrededor de una isla central. En este tipo de solución, la mayoría de las trayectorias vehiculares convergen y divergen, por lo que es reducido el número de puntos de conflicto. La operación en las glorietas se basa en el derecho a la vía que tienen los vehículos que circulan alrededor de la isla central. Los vehículos que llegan a la glorieta deben esperar por una brecha en el flujo rotatorio que les permita ingresar al mismo3

Tipos de Glorietas

Glorietas Convencionales: Tienen una calzada de una vía, la cual se compone de secciones de entrecruzamiento, alrededor de una isla central o alongadas, simétrica o asimétrica; pueden ser de tres, cuatro o más accesos. Para que una glorieta sea convencional, el diámetro de la isla central debe ser igual o superior a 25 metros.

Glorieta Pequeña: Corresponden a glorietas que tienen una calzada circulatorio de una vía alrededor de una isla central de cuatro o más metros de diámetro, pero no menor de veinticinco metros, y con accesos ampliados para permitir la entrada de varios vehículos.

(17)

17 Figura 6. Esquema Básico de una Intersección Tipo Glorieta

B. INTERSECCIONES A DESNIVEL4

Un paso a desnivel es un conjunto de ramales que se proyecta para facilitar el paso del tránsito entre unas carreteras que se cruzan en niveles diferentes. También puede ser la zona en la que dos o más carreteras se cruzan a distinto nivel para el desarrollo de todos los movimientos posibles de cambio de una carretera a otra, con el mínimo de puntos de conflicto posible. 5

Los pasos desnivel se construyen para aumentar la capacidad o el nivel de servicio de intersecciones importantes, con altos volúmenes de tránsito y condiciones de seguridad insuficientes, así como para mantener las características funcionales de un itinerario sin intersecciones a nivel.

En general, una intersección solucionada a diferentes niveles requiere inversiones importantes, por lo que su diseño y construcción deben justificarse por razones como:

 Funcionalidad: Ciertas carreteras como autopistas y vías de primer orden, porque tienen limitación de accesos las primeras, o por la categoría y características que les atribuyen los planes viales nacionales, regionales o departamentales, requieren la construcción de intersecciones a desnivel.

(18)

18  Capacidad: Si la capacidad es insuficiente en una intersección, una alternativa por considerar, en el estudio de factibilidad, es separar niveles, así haya alternativas posibles a nivel.

 Seguridad: Puede ser la seguridad, unida a otras razones, uno de los motivos para construir un enlace y no una intersección.

 Factibilidad: Por las elevadas inversiones que implica, en general, la construcción de una intersección a desnivel, es necesario el estudio de factibilidad, en el que debe analizarse, si a ello hubiere lugar, la construcción por etapas.

Tipos de intersecciones a desnivel6

Intersección a desnivel tipo trompeta

Esta es la principal intersección de tres ramales en la que los giros a la derecha y a la izquierda se resuelven por medio de ramales directos, semidirectos y vías de enlace, es aconsejable para conectar una carretera transversal a una principal.

Figura 7. Esquema Base Intersección a Desnivel Tipo ''Trompeta'' en Carreteras no Divididas Fuente: Manual de diseño geométrico INVIAS 2008

(19)

19 Figura 8. Esquema Base Intersección a Desnivel Tipo ‘’Trompeta’’ en Carreteras Divididas

(20)

20 Intersección a desnivel tipo trébol7

Tréboles Parciales

Es una intersección de cuatro ramales con condición de parada, en el que se ha hecho continuo un giro a la izquierda mediante una vía de enlace. En general el trébol parcial, es apropiado cuando sólo pueden utilizarse algunos cuadrantes del área de cruce por existir obstáculos topográficos en las vías rurales, lo que ocurre frecuentemente.

Figura 9. Intersección a Desnivel Tipo Trébol Parcial Fuente:

“Pre diseño geométrico a nivel y a desnivel de la intersección el jazmín” Universidad Nacional de Colombia / Manizales - Departamento de Ingeniería Civil 2005

Figura 10. Trébol Parcial de Cuadrantes Opuestos Fuente:

(21)

21 Trébol Completo8

Son aptos para vías de importancia (autopistas, vías de primer orden) por la considerable área que ocupan. Son intersecciones de cuatro ramales y triple circulación, requieren una sola estructura y todos los giros a la izquierda se resuelven por medio de vías de enlace y los giros a la derecha mediante ramales directos.

Figura 11. Esquema Base Intersección a Desnivel Tipo ''Trébol'' en Carreteras no Divididas Fuente: Manual de diseño geométrico INVIAS 2008

Intersección a desnivel tipo diamante

Se usa tanto en vías urbanas como en vías rurales. Se trata de una intersección de cuatro ramales con condición de parada, en el que todos los giros a la izquierda se resuelven con intersecciones. Este tipo de intersección puede disponer también de estructuras adicionales para reducir el número de puntos de conflicto de las intersecciones a nivel en la carretera secundaria. Normalmente es preferible que la vía principal ocupe el nivel inferior, con cuya

(22)

22 disposición las vías de enlace son más cortas por ser la pendiente favorable para la aceleración y desaceleración de los vehículos que entran y salen.

Figura 12. Intersección en Diamante Elemental Fuente:

Figura 13. Intersección tipo Diamante en Vías Rurales Fuente:

Intersección a desnivel direccional

(23)

23 Figura 14. Intersección a Desnivel Direccional

Fuente:

3.

METODOLOGIA

El objetivo general de este trabajo es efectuar un levantamiento topográfico y el diseño geométrico vial con paso a desnivel en la intersección de la Avenida Boyacá con calle 44 sur. En la figura 15 se observa de forma resumida los pasos realizados para llevar a cabo el cumplimiento de dicho objetivo

Figura 15. Metodología

Recolección análisis y registro de datos

Base topográfica de la zona en formato

digital, tablas y cálculos

(24)

24 3.1 PLANTEAMIENTO DEL LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO

En principio se llevó a cabo una visita de campo que permitió organizar la logística de la comisión que efectuó el levantamiento topográfico, se estimaron tiempos para efectuar el trabajo y se establecieron los equipos que se iban a utilizar ( estación total con sus respectivos accesorios y GPS), gracias a la identificación previa de la zona se determinaron puntos cercanos que facilitaran la ejecución del trabajo, optando así por trabajar con el vértice geodésico del IGAC CD-138 que se encontró ubicado justo en la intersección donde se realizó el levantamiento y tomando como señal de azimut o amarre un punto GPS que debió ser posicionado (GPS 1).

Figura 16. Localización Vértice Geodésico CD-138 Fuente: Web Instituto Geográfico Agustín Codazzi

PUNTOS DE CONTROL

CONVERSION COORDENADAS VERTICE GEODESICO CD-138

(25)

25 Figura 17. Placa CD-138 1985 Instituto Geográfico

Fuente: Autores

NOTA: VALORES OBTENIDOS DE CERTIFICADO PDF , DESCARGADO DE LA PAGINA DEL INSTITUTO GEOGRAFICO AGUSTIN CODAZZI

Tabla 1. Coordenadas Elipsoidales Vértice Geodésico CD-138

COORDENADAS OBTENIDAS

Se descargó el programa magna pro 3 beta así como la certificación del vértice CD-138, de la página del IGAC, se identifican las coordenadas geográficas del vértice y se inicia el proceso de conversión, en un primer momento se efectuó la configuración de parámetros del software, sistema de referencia de partida, sistema de referencia de destino, tipo de coordenada de partida, tipo de coordenada de destino, nombre del punto a convertir así como los orígenes y destinos cartesianos. Ver imagen…

(26)

26 COORDENADAS PLANAS CARTESIANAS DESTINO

BOGOTA VERTICE GEODESICO CD-138

NORTE 100267,613

ESTE 92535,433

COTA GEOMETRIA 2555.556

Tabla 2. Coordenadas Planas Cartesianas Destino Bogotá Vértice Geodésico CD-138

Figura 18. Conversión de Coordenadas

POSICIONAMIENTO GPS 1

(27)

27 Figura 19. Localización de puntos utilizados para el levantamiento

Fuente: Google Earth 2013

Se ubicaron los receptores en los puntos indicados, esperando a la correcta iniciación, luego se procedió a iniciarlos por medio de la aplicación surveying. Se pulso la tecla NAV hasta ver el estado de los satélites, para así esperar a que reciban al menos cuatro satélites. Cuando recibieron la cantidad de satélites necesarios, se procedió a la recepción de datos por medio de la opción LOG. Y este desplego la pantalla de opciones del levantamiento para introducir los siguientes parámetros:

 ID sitio, nombre del punto en el cual se encuentra armado el equipo.

 Modo Medición, la cual es estática.

 Descripción del sitio.

 Altura de la antena.

 Unidades, las cuales son en metros.

 Tipo de altura, se utilizó vertical.

 Intervalos de grabación, un (1) segundo.

(28)

28 procesado teniendo en cuenta la cantidad de datos recogidos en cada momento. Como también apareció el nombre del archivo almacenado en la tarjeta de memoria, la cantidad de satélites, el PDOP, este se calcula a partir de los satélites en buen estado observados por encima de la máscara de elevación. Se pulso el icono listo y empezó la toma de datos por parte de GPS. Con un tiempo en común entre los dos equipos de aproximadamente una hora y media, para facilitar el cálculo de las coordenadas.

Figura 20. Posicionamiento GPS1, ubicado en la Avenida Boyacá con Transversal 72 Fuente: Autores

(29)

(30)

30 Figura 22. Resumen Vista del Levantamiento 2

COORDENADAS ELIPSOIDALES GPS1 OBTENIDAS GG MM SS,DDDDD HEMISFERIO LATITUD 4 35 44.23293 N

LONGITUD 74 8 44.217666 W

COTA s.n.m 2555.197

(31)

31 COORDENADAS PLANAS CARTESIANAS DESTINO

BOGOTA GPS1

NORTE 99932.580

ESTE 92443.184

COTA GEOMETRIA 2555.197 Tabla 4. Coordenadas Planas Cartesianas Destino Bogotá GPS1

Figura 23. Conversión de Coordenadas

3.2 EJECUCIÓN DEL LEVANTAMIENTO

(32)

32 Figura 24. Fotografía 1

Fuente: Autores

Chequeo del equipo

Chequeo angular: Se revisó efectuando la lectura a un punto de forma directa e inversa y verificando que la diferencia entre una medida y otra no supere los 10” en el ángulo horizontal y vertical.

Chequeo distanciometro: Se realizó el chequeo, materializando puntos en línea recta con un decámetro metálico, los cuales se tomaron posteriormente con el equipo, al verificar la diferencia entre los valores obtenidos, estos no superaron los 0.002 m.

Chequeo de los bastones: Se chequearon utilizando los hilos verticales del equipo, colocando el bastón a plomo con el ojo de pollo. A nivel físico, se verificó que la punta del bastón estuviera lo suficientemente fina para evitar generar errores en distancia.

Configuración del equipo

(33)

33 PARÁMETROS ADOPTADOS

PARAMETRO ADOPTADO Presión Atmosférica 564 mmHg

Temperatura 20°C

Constante del Prisma -30 mm Forma de medir fina

Distancia horizontal

Tabla 5. Parámetro Adoptado Fuente: Autores

LEVANTAMIENTO, DESCARGA Y PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN.

El levantamiento topográfico se realizó, a partir de dos estaciones con coordenadas conocidas (CD-138 y GPS1) , la primera vértice geodésico del instituto geográfico Agustín Codazzi (IGAC) y la segunda establecida por posicionamiento de equipo GPS , desde las cuales se materializaron deltas auxiliares ubicados estratégicamente para tener una buena visibilidad, que permitiera abarcar un mayor número de detalles.

LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO

En el levantamiento topográfico y en la cartera de campo se asignaron unos códigos a los detalles relevantes del terreno que se iba a levantar (ver tabla ) y un registro fotográfico esto con el fin de agilizar la actividad de campo y minimizar inconvenientes con el dibujo de la nube de puntos y posterior generación del modelo digital para el diseño geométrico del paso a desnivel. El levantamiento se efectuó por coordenadas planas cartesianas (norte, este, elevación)

CODIGOS DETALLES

POZO ALCANTARILLADO PZA

(34)

34

DETALLE CODIGO

CAJA DE INSPECCION CI

HIDRANTE HID

ZONA DURA ZD

Tabla 6. Códigos de Detalle Fuentes: Autores

La confiabilidad de los datos se garantizó en campo, donde se efectuaron en cada armada de la estación chequeos a la vista atrás y se replanteaban estos puntos con las respectivas coordenadas, permitiendo la visualización de los errores que se obtenían, estos mismos no superaban 0.002 m, garantizando una confiabilidad en el amarre y por ende en la radiación. Al contar con la placa CD-138 desde la cual se radio un 80 % del levantamiento, justo en la intersección donde se realizó el diseño no se consideró necesario efectuar traslado de coordenadas.

Una vez culminado el trabajo de campo, se inició un trabajo de oficina que inicio con la descarga y extracción de los archivos crudos generados por la estación (ver figura). Los cuales por facilidad de manejo fueron organizados y guardados en una tabla de Excel con extensión (.CSV delimitado por comas).

3.3 MODELO DIGITAL DE TERRENO

Para la realización del Modelo Digital de Terreno (MDT) se usó del software AutoCAD Civil 3d versión 2013. Una vez organizado el archivo en Excel con la totalidad de los puntos se generó la nube de puntos (723 puntos) a partir de la información recopilada en campo (ver figura ).

(35)

35 Esta información fue obtenida levantando detalles de mayor relevancia, como: vía o borde de vía, paramentos, pozos de acueducto y alcantarillado, puentes y cajas de inspección. A partir de esto se generó una superficie TIN creando una triangulación irregular que interpola las elevaciones de los triángulos para luego generar las curvas de nivel, maestras a 0.50 m y auxiliares o intermedias a 0.10 (ver figura 26).

Figura 26. Modelo Digital de Terreno. Curvas de Nivel. Fuente: AutoCAD

(36)

36 Figura 27. Perfiles Longitudinales

Fuente: AutoCAD

3.4 DISEÑO HORIZONTAL

Terminada la generación y edición del MDT, se efectuó el análisis de la información recopilada en planos digitales y se inició la etapa de diseño horizontal del paso a desnivel. Definiendo que este estará ubicado sobre la avenida Boyacá, vía principal que cuenta con mayor número de flujo vehicular.

De la misma forma se concluye que es necesario mejorar el diseño de las curvas (tres) que conectan la avenida Boyacá con la carrera 44 sur en ambos sentidos. Con el fin de facilitar el acceso desde la carrera 44 Sur a la avenida Boyacá y viceversa. Se optó por diseñar curvas espirales circulares espirales.

Se crearon en total 8 ejes para el diseño de paso a desnivel

 Dos para flujo vehicular mixto, sentido norte- sur ,sur-norte  Dos para sistema Transmilenio, sentido norte sur , sur norte  Uno flujo vehicular mixto, sentido oriente-occidente

 Una Conectante calle 44 sur con avenida Boyacá , sentido oriente-norte  Una Conectante avenida Boyacá, con calle 44 sur , sentido sur-oriente

(37)

37 PARAMETROS DE DISEÑO DE LAS CURVAS

VELOCIDAD DE DISEÑO

Teniendo en cuenta que la velocidad máxima de circulación de automóviles en la ciudad de Bogotá es de 80 km/h y que por disposición legal las autoridades de transito están en la facultad de limitar las vías con velocidades inferiores a ésta, se asumió una velocidad de diseño de 60 km/h correspondiente al tránsito vehicular en la Avenida Boyacá con calle 44 Sur.

A partir de la velocidad de diseño y teniendo en cuenta los criterios del Manual de Diseño Geométrico del INVIAS, se asumen los siguientes parámetros:

Tabla 7. Valores máximos y mínimos de la pendiente longitudinal para rampas de peraltes Fuente: Manual de diseño geométrico INVIAS 2008

Tabla 8. Variación de la Aceleración centrifuga (J)

(38)

38 0.7m/s3. Estos valores se tienen en cuenta para el cálculo de los criterios de la Longitud de la Espiral.

 Longitud minima

La longitud minima de la espiral se puede definir mediante el parametro minimo de la Clotoide, el cual se establece con base en el estudio y analisis de tres criterios relacionados con la seguridad y comodidad del usuario de la vía.

Criterio I

Variación uniforme de la aceleración centrifuga (J)

Criterio II

Limitación por transición del peralte, en la determinación de los valores del parámetro mínimo.

Criterio III

Condición de percepción y de estética.

 Longitud máxima.

AVENIDA BOYACA

(39)

39 cuales se dejó un separador de 2.00 m de ancho (ver figura). En cada alineamiento se efectuó el diseño de curvas espirales circulares con radio de 350 m.

CURVA ALINEAMIENTO MIXTO NORTE - SUR

DESCRIPCION GRAFO VALOR

DELTA CURVA Δ 8° 10' 18.46"

RADIO CURVA CIRCULAR Rc 350m

ANCHO DE CARRIL AC 3.5m

VELOCIDAD ESPIRAL Ve 60Km/h

LONGITUD DE LA ESPIRAL Le 45.000m

PARAMETRO DE LA ESPIRAL A 125.499m

ANGULO DE DEFLEXION DE LA ESPIRAL θe 3°40' 59.88" ANGULO CENTRAL DE LA CURVA Δc 00° 48' 18.70"

COORDENADAS CARTESIANAS DEL EC Xe 44.981m

COORDENADAS CARTESIANAS DEL EC Ye 0.964m

DISLOQUE, COORDENADA Y, PC

DESPLAZADO ρ 0.241m

DISLOQUE, COORDENADA X, PC

DESPLAZADO k 22.497m

TANGENTE ESPIRAL TE 47.516m

EXTERNA ESPIRAL Ee 1.133m

TANGENTE LARGA TL 30.006m

TANGENTE CORTA TC 15.006m

CUERDA LARGA DE LA ESPIRAL Cle 44.991m

LONGITUD CURVA CIRCULAR Lc 4.919m

ABSCISA TANGENTE ESPIRAL TE K0+243.84m

ABSCISA ESPIRAL CIRCULAR EC K0+288.84m

ABSCISA CIRCULAR ESPIRAL CE K0+293.76m

ABSCISA ESPIRAL TANGENTE ET K0+338.76m

(40)

40 CURVA ALINEAMIENTO MIXTO SUR - NORTE

(41)

41 CURVA ALINEAMIENTO TRANSMILENIO NORTE -SUR

(42)

42 CURVA ALINEAMIENTO TRANSMILENIO SUR - NORTE

Tabla 12. Elementos Curva Alineamiento Transmilenio Sur – Norte. Fuente: Autores

(43)

43 Para generar las curvas horizontales en AutoCAD civil 3D, se crearon los alineamientos a partir de poli líneas a las cuales se les asignaron nombres para facilitar las identificación. Una vez finalizado este paso se realizó la edición geométrica del alineamiento. Para determinar la longitud de las curvas espirales se utilizó la ecuación básica de la espiral clotoide.

Fuente: Manual de diseño geométrico de carreteras, (INVIAS)

Dónde:

L: longitud desde el origen a un punto de la curva en metros R: radios en los puntos indicados en metros

A: Parámetro de la clotoide en metros

El diseño de las curvas horizontales se efectuó con la herramienta de autocad civil 3D

, solo fue necesario ingrezar el valor numérico del radio, longitud de entrada y salidade las espirales y automaticamente se genera el diseño de las curvas espirales circulares. Ver figura

(44)

44 CALLE 44 SUR

Para este diseño horizontal se usó el procediendo nombrado anteriormente. Los PI de las curvas a mejorar se establecieron trazando tangentes horizontales que se intersecten, sobre el borde de la vía que se obtuvo en el levantamiento topográfico. Ver figura

También se efectuó el trazado de un alineamiento en sentido oriente occidente para flujo vehicular mixto Ver figura

Figura 30. Sección Típica de Diseño Calzada Calle 44 Sur Oriente - Occidente Fuente: Propia

(45)

45

Conectantes

Usando el procedimiento para diseñar curvas horizontales en AutoCAD civil 3D, mencionado con anterioridad se efectuó el diseño de tres curvas horizontales espiral-circular-espiral, velocidad mínima de diseño de 60km/h y calzada de 3.5 m de ancho.

Para el cálculo de los componentes, se utilizaron las formulas pertinentes para el diseño horizontal de una curva espiral-circular-espiral. Los cálculos se realizaron a través de una tabla de Excel formulada. Sin embargo se anexa el cálculo de los componentes de la curva que conecta la Avenida Boyacá, en sentido Norte-Occidente.

(46)

46  Angulo central de la curva circular

∆= 𝐷𝐸𝐿𝑇𝐴

∆= 𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − 𝑎𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎

∆= (307°0´18") − (200°31´12")

∆= (106°29´6")

∆𝒄 = (𝟏𝟎𝟔°𝟐𝟗´𝟔") − (𝟐 ∗ 𝟑𝟓°𝟒𝟖´𝟑𝟔")

∆𝒄 = 𝟑𝟒°𝟓𝟏´𝟓𝟒"

 Coordenada cartesiana del EC ( Xc)

Angulo de deflexión de la espiral convertido en radianes

𝜃𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 =(35°48´36") ∗ (𝜋) (180°)

𝜃𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 = 0.625002405

𝑋𝑐 = 25 ∗ (1 − (0.625002405)₁₀ 2+(0.625002405)4

216 −

(0.625002405)6

9360 + ⋯ )

𝑋𝑐 = 24.040

 Coordenada cartesiana del EC (Yc)

Angulo de deflexión de la espiral convertido en radianes

𝜃𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 =(35°48´36") ∗ (𝜋) (180°)

(47)

47

𝑌𝑐 = 25 ∗ ((0.625002405)₃ −(0.625002405)

3

42 +

(0.625002405)5

1320 −

(0.625002405)7

75600 + ⋯ )

𝑌𝑐 = 5.065

 Disloque, coordenada Y, PC desplazado

𝑝 = 5.065 − (20 ∗ ( 1 − cos (35°48´36")))

𝑝 = 1.284

 K , coordenada X, PC desplazado

𝑘 = 24.040 − (20 ∗ sen (35°48´36"))

𝑘 = 12.338

 Tangente de la espiral , (Te)

𝑇𝑒 = 12.338 + ((20 + 1.284) ∗ tan (106°29´6"

2 ))

𝑇𝑒 = 40.833

(48)

48

𝐸𝑒 = (20 + 1.284) ∗ ( 1

cos (106°29´6"₂ )) − 20

𝐸𝑒 = 15.566

 Tangente larga, TL

𝑇𝐿 = 24.040 − 5.065

tan (35°48´36")

𝑇𝐿 = 17.020

 Tangente corta, TC

𝑇𝐶 = 5.065

sen (35°48´36")

𝑇𝐶 = 8.656

 Cuerda larga de la espiral CLe

CLe = √(24.04)2_{+ (5.065)}2

CLe = 24.568

(49)

49

Φc = arctan (5.065 24.040)

Φc = 11.879

 Longitud curva circular

Lc = π ∗ 20 ∗ ( 34°51´54") 180

(50)

50  Conectante norte-occidente: es una calzada de desaceleración que conecta la avenida Boyacá desde el norte hacia el occidente, fue necesario desplazar la curva hacia el noroccidente con el fin de no afectar ninguno de los carriles de la calzada mixta norte-sur , generando afectación de predios entre la abscisa K0+200 y K0+250, la afectación se estima en 380 m2

CURVA NORTE - OCCIDENTE

DESCRIPCION GRAFO VALOR

DELTA CURVA Δ 106° 29' 05.52"

LONGITUD DE LA ESPIRAL Le 25m

(51)

51  Conectante sur –oriente: Es una calzada de desaceleración que conecta la

Avenida Boyacá desde el norte hacia el occidente por la Calle 44 Sur.

CURVA SUR - ORIENTE

DELTA CURVA Δ 55° 00' 46.69"

ANGULO DE DEFLEXION DE LA ESPIRAL θe 19° 5' 54.93" ANGULO CENTRAL DE LA CURVA Δc 16° 48' 56.82"

(52)

52  Conectante oriente-norte: calzada de desaceleración que conecta la calle 44 desde el oriente con avenida Boyacá hacia el norte, se desplazó la curva en sentido nororiental para no afectar los carriles de la calzada mixta, sur -norte de la avenida Boyacá, afectación aproximada de 200 m2_{entre las abscisas K0+060 y K0+100.}

CURVA ORIENTE-NORTE

DELTA CURVA Δ 73° 20' 14.16"

PARAMETRO DE LA ESPIRAL A 30m

ANGULO DE DEFLEXION DE LA ESPIRAL θe 28° 38' 52.4" ANGULO CENTRAL DE LA CURVA Δc 16° 02' 29.36"

(53)

53

3.4 DISEÑO VERTICAL

Finalizado el diseño geométrico horizontal, se realiza la generación de perfiles longitudinales de cada uno de los alineamientos que se establecieron en el diseño geométrico horizontal, de este modo se pudieron establecer las diferencias de elevación que presenta el terreno y así definir una cota de diseño.

Figura 32. Modelo Perfil Longitudinal de un de los Alineamientos Fuente: AutoCAD

Avenida Boyacá

Finalizada la generación y análisis de cada uno de los perfiles longitudinales se definen los siguientes parámetros para el diseño vertical del paso a desnivel

Cota de diseño

2555.300

Altura del galibo

5.200 Espesor de la placa

1.200 Pendiente de entrada

y salida del box

6.000%

Velocidad de diseño

60 km /h

Tabla 16. Parámetros Diseño Vertical Paso a Desnivel

(54)

54 Valores de K mín para el control de la distancia de visibilidad de parada y

longitudes

Mínimas según criterio de operación en curvas verticales

Tabla 17. Valores de K min

Fuente: Manual de diseño geométrico INVIAS (2008).

De acuerdo a la tabla los valores de k min para una velocidad de diseño de 60km/h son: K=11, para curvas verticales convexas y K=18, para curvas verticales cóncavas.

Elementos Básicos Curvas Verticales

Calzada Transmilenio norte-sur

No. 1 2 3 4 5

ESTACION PVI 0+000.00m 0+100.00m 0+240.00m 0+380.00m 0+463.11m COTA PVI 2555.748m 2554.000m 2545.603m 2554.000m 2555.686m

PENDIENTES -1.75% -6.00% 6.00% 2.03%

CAMBIO DE

PENDIENTE 4.25% 12.00% 3.97%

LONGITUD DE LA

CURVA 46.746m 215.916m 43.652m

VALOR DE K 11 18 11

(55)

55 Calzada mixto sur-norte

No. 1 2 3 4 5

PENDIENTES -1.74% -6.00% 6.00% 1.88%

Tabla 19. Datos Curva Vertical Calzada Mixta Sur - Norte Boyacá Fuente: Autores

Calzada Transmilenio sur-norte

No. 1 2 3 4 5

PENDIENTES -1.82% -6.00% 6.00% 2.11%

Tabla 20. Datos Curva Vertical Calzada Transmilenio Sur - Norte Boyacá Fuente: Autores

Calzada mixta norte-sur

No. 1 2 3 4 5

PENDIENTES -1.89% -6.00% 6.00% 1.99%

(56)

56

Calle 44 sur

Para el diseño vertical de la calle 44 sur se contemplaron dos curvas verticales convexas, teniendo en cuenta el valor K min para una velocidad de diseño de 70 km/h. Ver tabla 11.

Calzada oriente -occidente

No. 1 2 3 4

ESTACION PVI 0+000.00m 0+080.00m 0+140.00m 0+256.04m COTA PVI 2555.502m 2555.267m 2555.280m 2554.857m

PENDIENTES -0.29% 0.02% -0.36%

Tabla 22. Datos Curva Vertical Calle 44 Sur. Sentido Oriente – Occidente Fuente: Autores

Conectantes

 Conectante norte- occidente:

curva norte occidente

No. 1 2 3 4

PENDIENTES -0.34% 0.00% -0.53%

(57)

57  Conectante sur –oriente:

curva sur-oriente

No. 1 2 3 4

PENDIENTES 0.19% 0.00% -0.17%

Tabla 24. Datos Curva Vertical Conectante Sur – Oriente Fuente: Autores

 Conectante oriente-norte:

curva oriente norte

No. 1 2 3 4

PENDIENTES -0.80% 0.00% 0.18%

Tabla 25. Datos Curva Vertical Conectante Oriente – Norte Fuente: Autores

3.6 SECCIONES TRANSVERSALES

(58)

58 Figura 33. Diseño Calzadas Av. Boyacá.

Fuente: Autores

Para la generación de las secciones fue necesario realizar el ensamblaje de la sección típica, esta se ensamblo teniendo como referencia el alineamiento de la calzada norte-sur de Transmilenio. Ver figura

Figura 34. Ensamblaje Sección Típica Fuente: AutoCAD

(59)

59 Figura 35. Corredor Avenida Boyacá

Fuente: AutoCAD

Una vez generado el corredor fue necesario crearle una superficie de terreno a este, la cual relacionó la información de la superficie de terreno natural y la información del diseño del paso a desnivel ver figura 33.

(60)

60 Terminada la creación de la superficie de terreno del corredor de la avenida Boyacá, se procedió a generar las secciones transversales a lo largo del corredor en sentido norte sur, para lo que se creó un “Sample Line” al alineamiento de la calzada norte-sur de Transmilenio, al cual solo se le agrego la superficie creada con anterioridad

Figura 37. Creación "Sample Line" al Alineamiento Norte - Sur Calzada Transmilenio Fuente: AutoCAD

Creada la “Sample Line”, se efectuó la edición de parámetros básicos de la sección, distancia de abscisado, longitudes a derecha e izquierda entre otros.

Figura 38. Edición Parámetros Básicos "Sample Line" Fuente: AutoCAD

(61)

61 Figura 39. Herramienta "CreateMultipleViews" Secciones Transversales

Fuente: AutoCAD

Para finalizar la creación de las secciones, termino picando en crear secciones y seleccionando un punto de inserción para que aparezcan automáticamente, fue necesario realizar la edición en cuanto a grillas y textos

(62)

62

3.7 CALCULO DE VOLUMENES

Una vez finalizada la creación de las secciones transversales, se realizó el cálculo de volúmenes para movimiento de tierras, para esto se usó la herramienta “compute materials”, se seleccionó la opción corte y relleno y se relacionaron las superficies de terreno natural y la superficie del corredor. Automáticamente se genera el reporte de los volúmenes mostrando los esquemas de corte y relleno en las secciones que creamos previamente. Tabla 20 y 21.

Es preciso aclara que el diseño de los peraltes así como el cálculo de las cotas de los bordes se realizaron mediante el programa AutoCAD Civil en el cual dichos valores del programa se basan con la norma estadounidense y no con la norma INVIAS, por lo que genera diferencias en los cálculos, por eso los parámetros calculados así como los valores de los volúmenes que se presentan son de tipo académico.

(63)

63

Reporte de Volumen Avenida Boyacá

(64)

(65)

65

(66)

66

Reporte de Volumen Calle 44 sur

Estación Inicial: 0+000.000

(67)

67

4. MODELAMIENTO 3D

Para realizar El modelamiento 3D se seleccionó el software AutoCAD 3ds max, debido a que proporciona una solución completa de modelado, animación, simulación y renderización obteniendo como resultado final un video donde se muestra el diseño del paso a desnivel de una forma dinámica. Para el diseño fue necesario efectuar al importación del archivo DWG de civil d3 al software 3ds Max, posteriormente se efectuó la renderizacion utilizando las diferentes herramientas con que cuenta el software

(68)

68

5. CONCLUSIONES

 La Avenida Boyacá conserva los cuatro carriles existentes en ambos sentidos en adición con las calzadas de Transmilenio diseñadas, sin embargo, en está intersección con la calle 44 sur se complementa el diseño en tres conectantes, de esta manera existe un flujo vehicular constante, sin semaforización.

 Con resultado del diseño del deprimido con paso a desnivel se conservan separadores amplios, por lo que se garantiza la seguridad en el transito automóvil.

 Con el diseño de las conectantes se genera una mayor accesibilidad a la Avenida Boyacá, permitiendo un flujo constante e ininterrumpido.

 Los pasos a desnivel son una buena solución para facilitar el flujo de vehículos en los cruces entre vías importantes como lo es la Avenida Boyacá.

6. RECOMENDACIONES

 La presente propuesta es únicamente de diseño geométrico por lo que el estudio y reubicación de redes húmedas y secas queda sujeto a la posibilidad de ser realizado como un nuevo proyecto de grado, teniendo como base la topografía y el diseño geométrico desarrollado en el presente documento.

(69)

69

7. BIBLIOGRAFIA

 Manual de diseño geométrico para carreteras, INVIAS (instituto nacional de vías ), 2008

 CARDENAS GRISALES, James. Diseño geométrico de carreteras, Bogotá; Eco ediciones, 2014

 OTALVARO OVALLE, Xiomara Alejandra, SOTO OSSA, GisethKatherin, proyecto de grado : diseño geométrico vial de una paso deprimido en la intersección de la avenida Boyacá con calle 12, en Bogotá D.C



ARBOLEDA Vélez, German. Calculo y diseño de glorietas, AC editores 2000

 Caracol radio, “Avenida Boyacá se convertiría en otra Avenida Caracas: expertos”, recuperado de: http://www.caracol.com.co/noticias/bogota/avenida-boyaca-se-convertiria-en-otra-avenida-caracas-expertos/20150302/nota/2655421.aspx

 el espectador, “Petro anuncia TM por la 68 y la Boyacá”, recuperado de: http://www.elespectador.com/noticias/bogota/petro-anuncia-tm-68-y-boyaca-articulo-322746

 grupo crispa, “12 cruces viales tendrá la ‘megaobra’ de la 94 con NQS” recuperado de: http://www.grupocrispa.com/Blog/Detail/12-cruces-viales-tendra-la-megaobra-de-la-94-con-nqs

 el tiempo, “Así lucirá la glorieta deprimida de calle 94 con NQS”, recuperado de:

(70)

70

9. ANEXOS

 Cálculos curvas verticales.

 Cálculos curvas horizontales.

 Plano secciones transversales (avenida Boyacá y calle 44 sur).

 Siete (7) planos plata perfil.

 Un plano topográfico.