UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA

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1 UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA Propuesta de Diseño Geométrico Vial para un Paso a Desnivel con Tuberías de Acero Corrugado para pasos inferiores, Ubicado en la primera entrada a Las Colinas, Carretera a Masaya. Tesis para Obtener el Título de Ingeniero Civil. Autor: Milton Guillermo Camacho II Ramírez. Tutor: Ing. Jean Carlos Gutiérrez Gutiérrez. Managua, Nicaragua 26 de julio de 2013

2 Tabla de contenido 1. Introducción Objetivos Objetivo General Objetivos Específicos Marco Teórico Manual Centroamericano De Normas Para El Diseño Geométrico De Las Carreteras Regionales Capítulo 2, Criterios determinantes para el diseño de las carreteras Capítulo 4, componentes principales del diseño geométrico Capítulo 6, intercambios e intersecciones a desnivel Capítulo 8, Elementos básicos de diseño para el mejoramiento De la seguridad en las carreteras Software AutoCAD Civil 3D Semáforos inteligentes Tuberías de Acero Corrugado Para Drenaje Transversal y Pasos Inferiores Metodología Desarrollo Criterios de diseño iniciales Nivel de servicio Diseño de la intersección a desnivel Resultados Tuberías de Acero Corrugado para pasos inferiores Planos del Diseño Portada Notas Generales Secciones Típicas Planta Esquemática del Proyecto Tablas de Movimiento de Tierra Tablas de Movimiento de Tierra Tablas de Cantidad de Materiales Tablas de Cantidad de Materiales Tablas de Cantidad de Materiales

3 10 Planta Perfil Alineamiento Noroeste Planta Perfil Alineamiento Sureste Planta Perfil Alineamiento Carril de Accesos Sureste Planta Perfil Alineamiento Giro a la Izquierda Noreste Planta Perfil Alineamiento Giro a la Izquierda Sureste Planta Perfil Alineamiento Giro a la Derecha Noreste Planta Perfil Alineamiento Giro a la Derecha Noroeste Detalles de señalización Detalles de señalización Detalles de señalización Detalles de Bulevares y Medianas Detalles de Bulevares y Medianas Detalle área de afectación por el proyecto Movimiento de tierra aproximado requerido en la obra Estrategia Constructiva para el Paso a Desnivel en la Primera Entrada a Las Colinas Conclusiones Recomendaciones Bibliografía Anexos Índice de Figuras. Figura 1: Google Map carretera Managua a Masaya Figura 2: Foto intersección Primera entrada a Las Colinas, Carretera a Masaya, Google Earth Figura 3: Foto intersección Primera entrada a Las Colinas, Carretera a Masaya Figura 4: Secciones de Alcantarillas Supe claro, FORMET Figura 5: Componentes comunes de una sección típica de carretera Figura 6: Portada del Manual Centroamericano De Normas Para El Diseño Geométrico De Las Carreteras Regionales Figura 7: Características del vehículo de diseño WB Figura 8: Composición Porcentual del Tránsito en las Carreteras de Nicaragua

4 Figura 9: Niveles de servicio Figura 10: Curvas velocidad-flujo y niveles de servicio en carreteras de carriles múltiples Figura 11: Secciones típicas de bordillos-cunetas en carreteras Figura 12: Distancia de visibilidad de parada Figura 13: Etapas de la maniobra para adelantamiento en carreteras de dos carriles Figura 14: Derecho de vía y sección transversal típica de una carretera colectora Figura 15: Derecho de vía y secciones transversales típicas de una carretera troncal Figura 16: Intercambio de trompeta Figura 17: Diamantes y algunas de sus variantes Figura 18: Tréboles y algunas de sus variantes Figura 19: Altura libre, h, requerida en terreno plano para habilitar el paso superior o inferior de la estructura de un cruce a desnivel Figura 20: Tipos de rampas Figura 21: Desarrollo de la sobreelevación en terminales de rampa con flujo libre Figura 22: Características de una cuchilla de salida a una rampa Figura 23: Característica de una cuchilla de entrada de una rampa Figura 24: Detalles típicos de cuchillas de salida Figura 25: Entradas típicas de rampas para carril sencillo Figura 26: Salidas típicas de rampas para carril sencillo Figura 27: Representación común de un punto en Civil 3D Figura 28: Funcionamiento del sistema de semáforos inteligentes Figura 29: Activador de los semáforos inteligentes Figura 30: Fotos representativas de la construcción de un paso a desnivel con tubería metálica Figura 31: Tipo de intersección existente Figura 32: Puntos de conflicto en la intersección actual Figura 33: Cambios de nivel para los carriles y puntos de conflicto en el nuevo diseño Figura 34: Ejemplo de Tubería para pasos inferiores con cimentación desplantada sobre el nivel de rasante Figura 35: Ejes de los carriles de giro a la izquierda actuales Figura 36: Esquema de alineamientos Figura 37: Ejemplo de Muros de contención compatibles con el proyecto

5 Figura 38: Ejemplo de uso de defensas metálicas en Pasos a desnivel Figura 39: Ejemplo de uso de barreras de concreto como defensa y drenaje Figura 40: Ejemplo de estructura de carril en voladizo empotrado en muro Índice de Tablas. Tabla 1: Dimensiones de los vehículos de diseño Tabla 2: Radios mínimos de giro de los vehículos de diseño Tabla 3: Ajuste por ancho de carril Tabla 4: Ajuste por distancia libre lateral Tabla 5: Ajuste por tipo de separación central Tabla 6: Ajuste por densidad de puntos de acceso Tabla 7: Velocidades de diseño en kilómetros por hora, en función de los volúmenes de tránsito y la topografía del terreno Tabla 8: Efecto combinado sobre la capacidad ideal, del ancho de carril y la ubicación de las restricciones laterales Tabla 9: Anchos mínimos de hombros y aceras Tabla 10: Anchos de medianas recomendables para las carreteras de la red vial regional Tabla 11: distancias de visibilidad de parada y de decisión Tabla 12: Distancias de visibilidad de adelantamiento Tabla 13: Clasificación de los Terrenos en función de las Pendientes Naturales Tabla 14: Pendientes Máximas y Mínimas por Tipo de Carreteras Tabla 15: Controles de Diseño de Curvas Verticales en Cresta basados en las Distancias de Visibilidad de Parada y de Adelantamiento Tabla 16: Controles de Diseño de Curvas Verticales en Columpio basados en la Distancia de Visibilidad de Parada, DVP Tabla 17: Distancia Mínimas (D*, en metros) para realizar la Separación de Niveles en Estructuras de Paso por Arriba o por Debajo Tabla 18: Velocidades de Diseño de las Rampas en función de las Velocidades de Diseño de la Carretera, en kilómetros por hora Tabla 19: Anchos de Diseño para Rampas de Giro en Intercambios, dimensiones en Metros

6 Tabla 20: Longitud Mínima de Transición, más allá de la Nariz de la Cuchilla Tabla 21: Longitudes Mínimas de Aceleración para las Terminales de Entrada de Rampas con Pendientes de 2 por ciento o menos Tabla 22: Ajustes de la Longitud del Carril de Aceleración, en función de la Pendiente Longitudinal Tabla 23: Longitudes Mínimas de Deceleración para las Terminales de Salida de Rampa, con Pendientes de 2 por ciento o menos Tabla 24: Ajustes de la Longitud del Carril de Deceleración, en función de la Pendiente Longitudinal Tabla 25: Resumen de movimiento de tierra para la Intersección a desnivel Primera entrada a las Colinas

7 AGRADECIMIENTOS: A mis padres, que me brindaron todo lo necesario para que hoy esté logrando esta meta y todas las que he alcanzado. A mis amigos y personas, que me motivaron durante la labor y que de una manera u otra me han apoyado en la vida. A Anielka Medina y su familia, con mucho cariño me acompañaron durante este periodo de mi vida con los mejores deseos. Al Ing. Jean Carlos Gutiérrez por su valiosa colaboración y por sus sabios aportes y asesoría en este trabajo. A los ingenieros José Manuel Cuadrado Valbuena, Pablo Martínez y Amadeo Santana por el aporte de información sin la cual esta tesis no podía llevarse a cabo. A los profesionales y particulares, que de una u otra manera, apoyaron para la realización de este proyecto.

8 ACTO QUE DEDICO A: MIS PADRES, Milton Guillermo Camacho Bonilla y Virginia del Carmen Ramírez Lanzas. MI NOVIA, Anielka Medina Padilla. MI HERMANA, Virginia Valeria Camacho Ramírez. MIS ABUELOS, Luis Benjamín Ramírez Olivares ( 2003) y Virginia Estela Lanzas de Ramírez ( 2003). Gonzalo Camacho Cortés ( 2001) y Guillermina Bonilla de Camacho. A Javier Medina Mayorga Alma Rosa Padilla y Alma Noelia Medina Padilla.. MIS AMIGOS, especialmente Eddy Lugo Olivares y Luis Moreno Salmerón. MIS PRIMOS MIS TÍOS MIS TÍOS POLÍTICOS MIS SOBRINOS MIS MAESTROS MIS CENTROS DE ESTUDIOS PRIMARIOS, SECUNDARIOS Y OPTATIVOS. A LA UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA. A LA FACULTAD DE INGENIERÍA. Chuck Schuldiner ( 2001).

9 1. Introducción En Nicaragua una de las problemáticas más notables es aquella relacionada con el transporte; el país presenta desde vías en mal estado, frecuentes accidentes de tránsito, congestionamiento vehicular, falta de vías de acceso, etc. En Nicaragua, al igual que en todos los países del mundo, con el desarrollo de su población y sus centros urbanos las necesidades de transporte aumenta, incrementando el número de la flota vehicular del país; dando lugar a los problemas de congestionamiento vehicular en las vías existentes del país que no se encontraban diseñadas para hacer frente a tal incremento. Esta problemática engloba muchas disciplinas y un sin número de factores ingenieriles, socioculturales y políticos. Actualmente el Ministerio de Transporte e Infraestructura (MTI) se encuentra en el desarrollo del proyecto de Ampliación de la Carretera Masaya (Ver Figura 1, Página 11); un proyecto que consiste en el mejoramiento de la circulación vehicular en dicha carretera y se divide en dos etapas hasta la fecha; la primera consistió en realizar trabajos topográficos y la de remoción de postes y anuncios publicitarios sobre el derecho de vía y que afecten el área constructiva, en la segunda se ejecutaron movimientos de tierra y la construcción de carriles; pero además de esto el ministro del MTI Fernando Martínez prometió, como parte de la segunda etapa, que construiría dos pasos a desnivel en la carretera. Uno ubicado en la primera entrada a Las Colinas y el otro en la entrada a Ticuantepe. Los pasos a desnivel se presentaron, en principio, como una solución inmediata al problema del congestionamiento vehicular de las arterias urbanas; Su principal objetivo es disminuir o eliminar el problema del congestionamiento vehicular, y mejorar de esta forma la calidad de vida y seguridad de los usuarios. Con el fin de apoyar el progreso del país, el beneficio de los transeúntes de la carretera y la ejecución de este proyecto, que reducirá el tiempo de traslado 9

10 para ingresar y salir de Managua, se ha decidido realizar una propuesta de diseño geométrico vial para el paso a desnivel ubicado en la primera entrada a Las Colinas (ver figura 2 y 3, página 11 y 12). Es de vital importancia dar respuesta a esta problemática debido a los costos del combustible, los accidentes de tránsito y sus consecuencias, los costos de los productos en el mercado, la pérdida de tiempo de los usuarios y su incomodidad, además de la contaminación al ambiente y en general la demora en el progreso del país. La alternativa de pasos a desnivel es usada y desarrollada en otros países del mundo para la solución a corto plazo del congestionamiento vehicular. Podemos tomar como ejemplo, En México la empresa FORMET, S.A. que se encarga de la producción de Tuberías de Acero Corrugado Para Drenaje Transversal y Pasos Inferiores (Ver Figura 4, Página 12) y ha realizado un sin número de proyectos con esta tecnología en su país e incluso exportado material para obras en otros países incluyendo Nicaragua. En nuestro país debemos incentivar el uso de este tipo de alternativas aprovechando sus bajos costos y facilidad constructiva; contribuyendo al desarrollo del país y a su ordenamiento. Y es debido a esto que se propone su utilización en la propuesta de diseño. La Carretera a Masaya, sufre de alto congestionamiento vehicular; lo cual genera inconvenientes para los usuarios afectando su economía, seguridad y comodidad. Esta situación llevo a cabo la ejecución del proyecto de ampliación de esta carretera, para disminuir su gravedad; Sin embargo por la condición de la carretera es necesaria la implementación de otras alternativas que agilicen el flujo vehicular y debido a esto el ministerio está considerando la construcción de más de un paso a desnivel en la vía. Los transeúntes de esta vía se verían beneficiados con la ejecución de esta propuesta; al estar proyectada a facilitar su transporte liberando el flujo de vehículos en la dirección más transitada. 10

11 Figura 1: Google Map carretera Managua a Masaya. Figura 2: Foto intersección Primera entrada a Las Colinas, Carretera a Masaya, Google Earth. 11

12 Figura 3: Foto intersección Primera entrada a Las Colinas, Carretera a Masaya. Figura 4: Secciones de Alcantarillas Supe claro, FORMET. 12

13 2. Objetivos 2.1. Objetivo General Realizar una propuesta de diseño geométrico vial utilizando la alternativa de paso a desnivel con Tuberías de Acero Corrugado para pasos inferiores, en la intersección primera entrada a Las Colinas Carretera a Masaya Objetivos Específicos Realizar los diseños geométricos de la obra en la intersección y las vías de aproximación hasta 200 m aproximadamente. Calcular el movimiento de tierra aproximado que requeriría la obra según su propuesta. Elaborar un esquema de la estrategia constructiva por etapa para la propuesta de diseño. 13

14 3. Marco Teórico. Para situar una carretera sobre la superficie se está condicionado a: la topografía del terreno, la geología, el medio ambiente, la hidrología o factores sociales y urbanísticos. La topografía del terreno se obtiene mediante un levantamiento topográfico; en este caso se hará uso de la información del levantamiento realizado por el MTI en la primera etapa del proyecto. Un levantamiento según (Hudiel, 2008) comprende la realización de los trabajos de campo para la obtención de la información relativa y necesaria acerca de las condiciones topográficas del sitio de ubicación de la obra. En su documento seguidamente explica que el plano topográfico surge del procesamiento de los datos recolectados en campo. El plano topográfico contiene la planimetría, relieve y ubicación de otras obras o puntos de interés. La precisión del levantamiento topográfico es la que condiciona la correcta ubicación de las obras diseñadas en el terreno; y que es verificada en el replanteo topográfico una vez se va a edificar la obra. En este mismo documento encontramos la aclaración de lo que es un movimiento de tierra, una actividad que se tendrá muy en cuenta en esta tesis, y lo define como toda operación de desnivel a 10 o más centímetros de la capa vegetal. De este documento finalmente debemos destacar el concepto de Rasante descrito como la pendiente regular de una línea ya sea ascendente o descendente y expresada en porcentaje. También se denomina rasante, a una línea fijada sobre el perfil del eje de un camino, existente o en proyecto (Ver figura 5, página 15). 14

15 Figura 5: Componentes comunes de una sección típica de carretera. Referente al medio ambiente y los factores sociales y urbanos; la realización de un diseño que facilite el flujo vehicular impactará positivamente, reduciendo la emisión de gases, los gastos en transporte y favoreciendo el desarrollo sostenible de la región así mismo se expresa en (Leclair, 2001) (ver figura 6, página 16). El buen funcionamiento de la red de carreteras es, por lo tanto, crucial para el desarrollo seguro y eficiente de las actividades socioeconómicas en los cinco países de la región. Manual Centroamericano De Normas Para El Diseño Geométrico De Las Carreteras Regionales. Todo diseño debe estar fundamentado en normas y procedimientos que aseguren su coherencia y funcionalidad; en el caso del diseño geométrico en la región Centroamericana, las normas que lo guían están contenidas dentro del ya citado anteriormente Manual Centroamericano De Normas Para El Diseño Geométrico De Las Carreteras Regionales, elaborado por la Secretaría de Integración Económica Centroamericana (SIECA). 15

16 Figura 6: Portada del Manual Centroamericano De Normas Para El Diseño Geométrico De Las Carreteras Regionales. Este manual de diseño contiene cuatro capítulos que desarrollar para el diseño propuesto de esta tesis, los cuales son: 1. Capítulo 2, Criterios determinantes para el diseño de las carreteras. 2. Capítulo 4, componentes principales del diseño geométrico. 3. Capítulo 6, intercambios y cruces a desnivel. 4. Capítulo 8, elementos básicos de diseño para el mejoramiento de la seguridad en las carreteras. A continuación se desglosan, a manera de resumen, los capítulos anteriormente mencionados del Manual de Diseño Geométrico, en orden lógica: 16

17 Capítulo 2, Criterios determinantes para el diseño de las carreteras Consideraciones Generales. Los usuarios de las carreteras, los vehículos que circulan por ellas, las carreteras mismas y los controles que se aplican para normar su operación, son los cuatro elementos básicos que interactúan y se relacionan entre sí para determinar las características del tránsito. Las carreteras y sus intersecciones, estas últimas con su usual concentración de complejos y diversos movimientos, deben diseñarse con suficiente capacidad para satisfacer los requerimientos de las demandas de dicho tránsito. Tan importante como ofertar mediante un buen diseño la capacidad requerida de una carretera, es brindarla en condiciones de óptima seguridad y eficiencia en los costos de operación de los vehículos Los Vehículos de Diseño. Los vehículos de diseño son los vehículos automotores predominantes y de mayores exigencias en el tránsito que se desplaza por las carreteras por lo que al tipificar las dimensiones, pesos y características de operación de cada uno de ellos, se brinda al diseñador los controles y elementos a los que se deben ajustar los diseños para posibilitar y facilitar su circulación irrestricta. De cada tipo de vehículo utilizado para diseño, se seleccionan a propósito para adoptar las condiciones más desfavorables, aquellos de mayores dimensiones físicas y de radios de giro mayores dentro de su clasificación tipológica. La tipología: Los vehículos livianos, que son los más numerosos en la corriente vehicular e incluyen los automóviles compactos y subcompactos, los jeeps, las camionetas agrícolas y los pick-ups, siendo todos ellos representados por el automóvil. Los vehículos pesados, en el otro extremo de la clasificación, no admiten una sola representación, sino que requieren ser desglosados para su correcta identificación como elementos condicionantes de algunos aspectos del diseño geométrico de las carreteras. 17

18 En correspondencia con la simbología que utiliza la AASHTO en su manual de diseño geométrico, cabría seleccionar cinco vehículos tipo para el diseño de las carreteras regionales. El vehículo tipo P corresponde a la categoría de vehículos livianos, que representa el automóvil. El vehículo representativo de las unidades de transporte colectivo, representado por el autobús sencillo, corresponde al tipo BUS. El camión de tres ejes no aparece en la clasificación de la AASHTO, pero puede asimilarse al camión sencillo de dos ejes identificado como SU, por ser más restrictivo que los vehículos articulados. En la categoría de vehículos articulados de carga se puede escoger para diseño, por semejanza, el vehículo tipo WB-19 (Semirremolque Interestatal), que utiliza un semirremolque de 14.6 metros de largo (48 pies) y fue adoptado como vehículo de diseño según la ley federal norteamericana de Transporte por Superficie de 1982, aunque igualmente se puede considerar el vehículo tipo WB-20 que está provisto de un semirremolque de 16.2 metros de longitud (53 pies), que en algunas esporádicas ocasiones ha hecho presencia en la carreteras de la región. En el cuadro 1 se muestran las dimensiones típicas de estos tipos de vehículos, conforme las tablas de la AASHTO, siendo oportuno destacar que los vehículos pesados, de pasajeros o de carga, tienen ya un ancho máximo para diseño de 2.6 metros. Las alturas máximas también han registrado incrementos a tomar en consideración en el diseño de los túneles y estructuras de paso a través. De 2.4 metros de altura (8 pies) según normas de la ISO, los propios contenedores han aumentados a 2.6, 2.7 y 2.9 metros (respectivamente 8.5, 9 y 9.5 pies de alto). Tabla 1: Dimensiones de los vehículos de diseño. 18

19 Tabla 2: Radios mínimos de giro de los vehículos de diseño. Entre paréntesis se presentan las dimensiones de los vehículos similares de diseño que utiliza la Secretaría de Comunicaciones y Transporte de México. Figura 7: Características del vehículo de diseño WB Los Volúmenes de Tránsito. El buen diseño de una carretera solamente puede lograrse si se dispone de la adecuada información sobre la intensidad del movimiento vehicular que la utiliza y la utilizará hasta el término del período seleccionado de diseño, sea que se trate de una nueva carretera o de una carretera existente que se propone reconstruir o ampliar. La medición de los volúmenes del flujo vehicular se obtiene normalmente y a veces de manera sistemática, por medios mecánicos y/o manuales, a través de conteos o aforos volumétricos del tránsito en las propias carreteras, lo mismo 19

20 que mediante investigaciones de Origen y Destino (O/D) que, dependiendo de la metodología utilizada, arrojarán datos sobre la estructura, distribución, naturaleza y modalidad de los viajes. En las intersecciones, los estudios volumétricos de tránsito clasificados por dirección de los movimientos en los accesos a las mismas, durante períodos de tiempo determinados, proporcionan a su vez los datos básicos necesarios para enfrentar las particulares características de su diseño El Tránsito Promedio Diario Anual, TPDA Uno de los elementos primarios para el diseño de las carreteras es el volumen del Tránsito Promedio Diario Anual, conocido en forma abreviada como TPDA, que se define como el volumen total de vehículos que pasan por un punto o sección de una carretera en un período de tiempo determinado, que es mayor de un día y menor o igual a un año, dividido por el número de días comprendido en dicho período de medición. Se ha tomado el TPDA como un indicador numérico para diseño, tanto por constituir una medida característica de la circulación de vehículos, como por su facilidad de obtención. El indicador del crecimiento del registro de vehículos automotores, es del orden de 8 a 10 por ciento anual; este dato es citado directamente del Manual Centroamericano El Tránsito de la Hora Pico o de Punta Siendo el TPDA una medida muy genérica de la intensidad del tránsito a lo largo de un día, se vuelve necesario tomar en debida cuenta las variaciones extremas que registra el movimiento vehicular a lo largo de las veinticuatro horas del día, para seleccionar las horas de máxima demanda como base más apropiada para el diseño geométrico de las carreteras. La hora máxima puede llegar a representar desde el 25 hasta el 38 por ciento del TPDA, En carreteras urbanas, este volumen se ubica entre 8 y 12 por ciento del TPDA, por lo que es válida la práctica de utilizar un 10 por ciento del 20

21 TPDA como valor de diseño, a falta de factores propios obtenidos de las investigaciones de tránsito El Factor de Hora Pico, FHP El factor de hora pico o FHP, se expresa como la relación que siempre será igual o menor que la unidad, entre la cuarta parte del volumen de tránsito durante la hora pico y el volumen mayor registrado durante el lapso de quince minutos dentro de dicha hora pico. O sea que al afectar los volúmenes horarios de diseño por este factor, se están asumiendo las condiciones más exigentes de la demanda, a las cuales debe responder la propuesta de solución de reconstrucción, mejoramiento o ampliación de una carretera determinada La Composición del Tránsito El tránsito pesado representa el 13 por ciento del tránsito total proyectado en las carreteras troncales y en las colectoras de Nicaragua, conforme revelan los datos del recién finalizado Plan Nacional de Transporte, del cual se reproduce el cuadro adjunto 2.3. Figura 8: Composición Porcentual del Tránsito en las Carreteras de Nicaragua Las Proyecciones de la Demanda de Tránsito En las carreteras regionales se recomienda adoptar un período de proyección de veinte años como la base para el diseño, aunque igualmente se acepta que 21

22 para proyectos de reconstrucción o rehabilitación de las carreteras se puede reducir dicho horizonte a un máximo de diez años. La utilización de períodos mayores de veinte años no parece justificada, particularmente en la región centroamericana, por las dificultades de prever los cambios posibles a tan largo plazo en el uso del suelo y realizar proyecciones confiables sobre la situación socio-económica de la población, dentro de la zona de influencia del proyecto Las Velocidades La velocidad en una carretera guarda directa relación de dependencia de cuatro factores, distintos a los que particularizan al conductor y su vehículo, que son las características físicas de dicha carretera, las condiciones climáticas en su entorno, la presencia o interferencia de otros vehículos en la corriente del tránsito y los límites vigentes de velocidad, sean estos de carácter legal o relacionados con el empleo de los dispositivos usuales para el control del flujo vehicular. En la práctica vial se hace referencia usualmente a tres tipos de velocidades, la de operación, la de diseño y la de ruedo. La velocidad de operación, es la máxima velocidad a la cual un conductor puede viajar por una carretera dada, bajo condiciones climáticas favorables y las condiciones prevalecientes del tránsito, sin que en ningún momento se excedan los límites de seguridad que determina la velocidad de diseño, sección por sección, de dicha carretera. La velocidad de diseño, también conocida como velocidad directriz, es la máxima velocidad que, en condiciones de seguridad, puede ser mantenida en una determinada sección de una carretera, cuando las condiciones son tan favorables como para hacer prevalecer las características del diseño utilizado. La velocidad de diseño determina aquellos componentes de una carretera como curvatura, sobreelevación y distancias de visibilidad, de los que depende la operación segura de los vehículos. Aunque otros elementos del diseño, 22

23 como decir el ancho de la calzada, los hombros y las distancias a que deben estar los muros y las restricciones laterales a la vía, no dependen directamente de la velocidad de diseño, se asume que a mayores velocidades de diseño tales elementos deben ser mejorados dentro de límites prácticos y compatibles con las mejoras que insinúa el cambio. En la selección de una adecuada velocidad de diseño para una carretera particular, debe darse especial consideración a los siguientes aspectos: a. Distribuciones de las velocidades b. Tendencias de las velocidades c. Tipo de área Rural Urbana d. Condiciones del terreno Plano Ondulado Montañoso e. Volúmenes de tránsito f. Consistencias en el diseño de carreteras similares o complementarias g. Condiciones ambientales La velocidad de ruedo, que es la velocidad promedio de un vehículo en un determinado tramo de carretera, obtenida mediante la relación de la distancia recorrida a lo largo de dicho tramo con el tiempo efectivo de ruedo del vehículo, esto es, sin incluir paradas, constituye una buena medida del servicio que la carretera referida brinda al usuario Las Capacidades de las Carreteras Concepto La capacidad, que es el máximo volumen horario de tránsito que puede, de manera razonable, circular por un punto o una sección de la carretera, bajo las condiciones prevalecientes de la carretera y el mismo tránsito vehicular. 23

24 El dimensionamiento de la capacidad resulta crucial para el diseño de cualquier carretera, tanto para establecer el tipo a que corresponde diseñarla, como para seleccionar los elementos que la conforman y sus dimensiones, tales como número y ancho de carriles, alineamientos, restricciones laterales, etc Los Niveles de Servicio El conocido Manual de Capacidad de las Carreteras, en su versión de 1994 establece seis niveles de servicio, identificados subjetivamente por las letras desde la A hasta la F, donde al nivel de servicio A se logra un flujo vehicular totalmente libre, con una relación volumen/capacidad del orden de 0.35 para las autopistas, mientras que al nivel de servicio F se alcanza el flujo forzado que refleja condiciones de utilización a plena capacidad de la vía o de sus componentes esenciales, como decir las rampas y las secciones para entrecruzamientos. Los diseñadores deben escoger, entre aquellos extremos, el nivel de servicio que mejor se adecua a la realidad del proyecto que se propone desarrollar. Las condiciones generales de operación para los niveles de servicio, se describen sumariamente de la siguiente manera: Figura 9: Niveles de servicio. 24

25 Como información adicional y para detallar mejor este importante capitulo a continuación se detallan los procedimientos para la determinación del nivel de servicio en carreteras de múltiples carriles, explicados en (Rafael Cal y Mayor R, 2007), donde se utiliza la gráfica de Velocidad-flujo y niveles de servicio. La densidad (veh/km/carril), la velocidad media de los vehículos y la relación volumen a capacidad (v/c) son tres medidas que caracterizan la eficiencia y son indicadores de la acomodación del flujo en la autopista. En la siguiente grafica se relacionan la velocidad, el flujo y la densidad como criterio para determinar el nivel de servicio: Figura 10: Curvas velocidad-flujo y niveles de servicio en carreteras de carriles múltiples. Datos de entrada: Datos geométricos: a) N, número de carriles. b) Lw, Anchura de carriles. c) Lc, Distancia libre lateral d) M, carretera dividida. e) A, densidad de puntos de acceso. 25

26 BFFS, Velocidad de flujo libre base, asumida (km/h). V, Volumen de tránsito (Veh/h). Ajuste de la velocidad de flujo libre base (BFFS). La velocidad de flujo libre (FFS) es la velocidad media de los vehículos livianos, puede ser medida en campo o estimada mediante BFFS. Donde: f LW, ajuste por ancho de carril. Cuando el ancho de carril es menor a 3.6 m se reduce la velocidad de flujo libre base. Tabla 3: Ajuste por ancho de carril. f LC, Ajuste por distancia libre lateral. La distancia libre lateral es la suma de la distancia libre del borde derecho e izquierdo, para carreteras sin separador no existe ajuste por distancia libre lateral izquierda por lo que esta distancia se considera 1.8 m; debido a obstrucciones fijas en la orilla derecha e izquierda se reduce la velocidad. 26

27 Tabla 4: Ajuste por distancia libre lateral. f M, Ajuste por tipo de faja separadora central. Este ajuste considera la fricción causada por la corriente de tránsito en el carril adyacente si no está dividida. Tabla 5: Ajuste por tipo de separación central. f A, Ajuste por puntos de acceso. Número total de accesos al lado derecho de la sección entre su longitud total del segmento en kilómetros. Tabla 6: Ajuste por densidad de puntos de acceso. Calculo de la tasa de flujo (V p ). 27

28 El volumen horario se ajusta para convertirlo en una tasa de flujo equivalente en vehículos livianos. Donde: V, Volumen horario por sentido (veh/h. N, Numero de carriles por sentido. PHF, Factor pico horario. f HV, Factor de ajuste por la presencia de vehículos pesados. Se calcula mediante: ( ) ( ) Donde: P T = Porcentaje de camiones en la corriente vehicular. P B = Porcentaje de autobuses en la corriente vehicular E T = Automóviles equivalentes a un camión. E B = Automóviles equivalentes a un autobús. Los vehículos recreativos no son comunes en Nicaragua. f p, Ajuste por tipo de conductores. Toma en cuenta la familiarización de la población de conductores o usuarios con el medio que circulan variando entre 0.85 a 1; el valor de 1 representa los viajeros comunes. Calculo de la densidad (D). La densidad se calcula con la ecuación: ( ) Donde: S = FFS, Velocidad media de los automóviles (km/h). Una vez calculada la densidad en nivel de servicio se obtiene de la gráfica en la Figura 10. (Ver página 25). 28

29 Capítulo 4, componentes principales del diseño geométrico Capacidades y Niveles de Servicio de las Carreteras Regionales Se propone que las carreteras de la red sean diseñadas para el nivel de servicio D, con la excepción de las autopistas especiales, que deben limitarse al nivel de servicio C. El referido Manual de Capacidades de Carreteras, señala las siguientes condiciones de operación del tránsito, que aparentan ser satisfactorias a los niveles de servicio mencionados: Autopistas Especiales (nivel de Servicio C) Operación estable, pero crecientemente más crítica. Velocidad promedio de viaje de 110 kilómetros por hora. Flujo de servicio a 75 por ciento de la capacidad, o no más de 1,640 automóviles o vehículos livianos por hora carril. Las carreteras Rurales de cuatro o más Carriles, sin Control en los Accesos (nivel D) Se aproxima la situación de flujo inestable, con tasas de 89 por ciento de la capacidad o sea 1,940 automóviles por hora carril, a una velocidad de viaje de 92 kilómetros por hora bajo condiciones ideales. Arterias Urbanas y Suburbanas (nivel D) Se aproxima la situación de flujo inestable. La velocidad se reduce a 40 por ciento de la velocidad de flujo libre. Se amplían los retrasos en las intersecciones. Carreteras de dos Carriles (nivel D) Se aproximan condiciones para flujo inestable. La velocidad promedio de viaje es de alrededor de 80 kilómetros por hora. El flujo vehicular en ambas direcciones alcanza el 64 por ciento de la capacidad, con oportunidades continuas para adelantar. 1,800 automóviles por hora en ambos sentidos es el tope límite, bajo condiciones ideales. 29

30 4.2. Las Velocidades de Diseño de la Red Vial Regional Las velocidades de diseño se van reduciendo con la gradualidad que impone la tipología utilizada, hasta los niveles inferiores que corresponden a los caminos vecinales o locales, donde dicha velocidad se reduce hasta 40 kilómetros por hora en terreno montañoso según las normas de Costa Rica y hasta 30 kilómetros por hora en las condiciones más restrictivas que aceptan El Salvador, Honduras y Nicaragua. Tabla 7: Velocidades de diseño en kilómetros por hora, en función de los volúmenes de tránsito y la topografía del terreno Componentes Básicos de la Sección Transversal Los Carriles de Circulación El carril es la unidad de medida transversal, para la circulación de una sola fila de vehículos, siendo el ancho de la calzada o superficie de rodamiento, la sumatoria de los carriles. Tabla 8: Efecto combinado sobre la capacidad ideal, del ancho de carril y la ubicación de las restricciones laterales. 30

31 El ancho de carril de 3.6 metros es deseable para las carreteras de la red regional, de manera que una calzada de dos carriles con 7.2 metros ofrecerá óptimas condiciones para la circulación vehicular. Cuando haya restricciones en el derecho de vía, el carril de 3.3 metros se considerará recomendable; en tanto que el carril de 3.0 metros de ancho es aceptable únicamente en el caso de vías diseñadas para baja velocidad. La pendiente transversal de una carretera de primera clase con dos carriles en tangente, debe ser del 2.0 por ciento del centro de la sección hacia fuera. Cuando existan más de dos carriles por sentido, cada carril adicional irá incrementando su pendiente transversal entre 0.5 y 1.0 por ciento. No se estimula el uso de secciones parabólicas para conformar la pendiente transversal de una carretera de cuatro carriles, debido a que la caída del borde exterior del pavimento es muy acentuada y, aunque conveniente para efectos del drenaje, puede ser incómoda para la conducción vehicular Hombros o Espaldones Los hombros o espaldones, que son las franjas de carretera ubicadas contiguo a los carriles de circulación y que, en conjunto con éstos, constituyen la corona o sección comprendida entre los bordes de los taludes. La necesidad de proveer espacios para acomodar los vehículos que ocasionalmente sufren desperfectos durante su recorrido; Donde haya que acomodar ciclistas, es aconsejable ampliar los hombros a 1.2 metros de ancho mínimo. Para las carreteras colectoras del sistema vial regional, este mínimo se puede ampliar a 1.5 metros. Se ha recomendado que el hombro exterior alcance una sección de 3.0 metros en las carreteras de alto desempeño. 31

32 Tabla 9: Anchos mínimos de hombros y aceras Aceras Donde hay abundancia de peatones, los volúmenes de tránsito son elevados y las velocidades permitidas son significativas (mayores de 60 kilómetros por hora), especialmente en sitios de circunvalación de poblados y ciudades, se recomienda que al lado de los carriles exteriores, se construyan aceras o andenes para la circulación peatonal. Como una recomendación general de aplicación en Centroamérica, se deben construir aceras en las calles y en las carreteras que carezcan de hombros Bordillos y Cunetas Los bordillos se usan extensamente en las carreteras urbanas y suburbanas, siendo su uso muy limitado, más bien nulo, en las carreteras rurales. Esto tiene que ver con la función que desempeñan dichos dispositivos, como son el control del drenaje, la delimitación del borde del pavimento, la determinación del borde de las aceras o de la zona de protección de los peatones o, simplemente, por razones de estética. 32

33 Figura 11: Secciones típicas de bordillos-cunetas en carreteras Drenaje Superficial El drenaje superficial debe ser muy efectivo para evacuar rápidamente las aguas de la superficie del pavimento y evitar que éstas se infiltren dentro de la estructura del mismo, ocasionándole daños que pueden ser considerables y de efectos inmediatos o a corto plazo. También previenen que el lodo o suciedades de las áreas no pavimentadas de la carretera penetren los lados del carril exterior de circulación, causando problemas de visibilidad de la línea de demarcación del borde separador entre el pavimento y sus hombros Medianas o Franjas Separadoras Centrales La mediana o franja separadora central es una franja de terreno localizada al centro de los carriles de sentido contrario en carreteras divididas, que puede construirse al nivel de la pista principal, o tener su sección transversal elevada o deprimida. 33

34 En breve, las medianas tienen las siguientes funciones principales: Separar físicamente los flujos de tránsito de sentido contrario. Evitar o reducir el deslumbramiento durante la conducción nocturna, de los conductores de ambos sentidos de circulación. Dotar a la carretera de un ancho de reserva para futuras ampliaciones, función que se le otorga una considerable importancia. Embellecer la facilidad vial y mejorar la calidad ambiental de su entorno. En situaciones especiales puede servir para la atención del movimiento peatonal. Tabla 10: Anchos de medianas recomendables para las carreteras de la red vial regional. En zonas rurales o montañosas el ancho mínimo de una mediana se puede reducir a un metro, llegando en casos extremos a limitarse a 0.5 metros, lo cual minimiza su participación de los beneficios anunciados Las Calles Marginales o Frontales Un componente de mucha utilidad en el diseño de la sección transversal de las autopistas y arterias, tanto urbanas como suburbanas, son las calles marginales o frontales, que se construyen para atender las funciones básicas de acceso a las propiedades colindantes y brindar servicio al movimiento local, dejando a la arteria principal a cargo de las funciones más importantes de movilidad del tránsito a distancia. Esta conveniente separación de funciones entre dos elementos que operan en conjunto, favorece la fluidez de la circulación y mejora la capacidad del sistema. Las rampas de transferencia de la pista principal a la calle marginal de un sentido o viceversa, operan de manera simple y sin conflictos, conflictos que se hacen presentes cuando la circulación en la calle marginal es de doble sentido. 34

35 Acondicionamientos En las zonas de despeje de las carreteras, recordando que es el área entre el extremo de la corona y la cerca que demarca el límite del derecho de vía, deben instalarse las señales verticales de tránsito, los postes de servicio público y las tuberías para la conducción de aguas y drenajes, localizar además las ciclovías, andenes peatonales y áreas verdes para mejorar la estética y seguridad ambiental. Los manuales de la especialidad dan indicaciones sobre la distancia a la cual deben instalarse estos elementos, partiendo del borde del pavimento de la vía de circulación principal. Hay que tomar en cuenta los vehículos que pierden el control Las Distancias de Visibilidad en Carreteras Distancias de Visibilidad de Parada, D. Esta es la distancia requerida por un conductor para detener su vehículo en marcha, cuando surge una situación de peligro o percibe un objeto imprevisto adelante de su recorrido. Esta distancia se calcula para que un conductor y su vehículo por debajo del promedio, alcance a detenerse ante el peligro u obstáculo. Es la distancia de visibilidad mínima con que debe diseñarse la geometría de una carretera, cualquiera que sea su tipo. Ver figura 12 tiene dos componentes, la distancia de percepción y reacción del conductor - que está regida por el estado de alerta y la habilidad del conductor - y se identifica como d1, más la distancia de frenado que se denomina d2. La primera es la distancia recorrida por el vehículo desde el momento que el conductor percibe el peligro hasta que aplica el pedal del freno, y la segunda, es la distancia que se necesita para detener el vehículo después de la acción anterior. Diversos estudios sobre el comportamiento de los conductores han permitido seleccionar un tiempo de reacción de 2.5 segundos, que se considera apropiado para situaciones complejas, por lo tanto más adversas. 35

36 La distancia de visibilidad de parada en su primer componente, d1, se calcula involucrando la velocidad y el tiempo de percepción y reacción del conductor, mediante la siguiente expresión matemática: d 1 = v*t (metros) Dónde: v = Velocidad inicial, kilómetros por hora. t = Tiempo de percepción y reacción, que ya se indicó es de 2.5 seg. La distancia de frenado, d2, se calcula por medio de la expresión que se muestra a continuación: d 2 = v2 /254 f (metros) Dónde: v = velocidad inicial, kilómetros por hora. f = coeficiente de fricción longitudinal entre llanta y superficie de rodamiento. El factor f no es único, es un valor experimental que decrece en proporción inversa a las velocidades y está sujeto a cambios tomando en cuenta la influencia de las siguientes variables: Diseño y espesor de la huella de la llanta, resistencia a la deformación y dureza del material de la huella. Condiciones y tipos de superficies de rodamiento de las carreteras. Condiciones meteorológicas. Eficiencia de los frenos y del sistema de frenos del vehículo. Para tomar en cuenta el efecto de las pendientes, hay que modificar el denominador de la fórmula anterior, de la siguiente manera: D = v2 /254 (f±g) 36

37 Dónde: G = Porcentaje de la pendiente dividida entre 100, siendo positiva la pendiente de ascenso (+) y negativa (-) la de bajada. Figura 12: Distancia de visibilidad de parada. La distancia de visibilidad de parada no contempla situaciones al azar, que obliguen a los conductores a realizar maniobras imprevistas, por lo que en los manuales modernos de diseño se ha incorporado el concepto de distancia de visibilidad de decisión, que se define como aquella requerida por un conductor para detectar algo inesperado dentro del entorno de una carretera, reconocerlo y seleccionar una trayectoria y velocidad apropiadas, para maniobrar con eficiencia y seguridad. Por su concepto, estas distancias resultan sustancialmente mayores que las distancias calculadas de visibilidad de parada. 37

38 a) En Terreno Plano b) En Pendiente de Bajada y Subida c) Decisión para Evitar Maniobras Tabla 11: distancias de visibilidad de parada y de decisión. 38

39 Distancia de Visibilidad de Adelantamiento La distancia de visibilidad de adelantamiento se define como la mínima distancia de visibilidad requerida por el conductor de un vehículo para adelantar a otro vehículo que, a menor velocidad relativa, circula en su mismo carril y dirección, en condiciones cómodas y seguras, invadiendo para ello el carril contrario pero sin afectar la velocidad del otro vehículo que se le acerca, el cual es visto por el conductor inmediatamente después de iniciar la maniobra de adelantamiento. El conductor puede retornar a su carril si percibe, por la proximidad del vehículo opuesto, que no alcanza a realizar la maniobra completa de adelantamiento. Se hacen los siguientes supuestos simplificantés para los propósitos del dimensionamiento de dicha distancia de visibilidad de adelantamiento: El vehículo que es rebasado viaja a una velocidad uniforme. El vehículo que rebasa viaja a esta velocidad uniforme, mientras espera una oportunidad para rebasar. Se toma en cuenta el tiempo de percepción y reacción del conductor que realiza las maniobras de adelantamiento. Cuando el conductor está rebasando, acelera hasta alcanzar un promedio de velocidad de 15 kilómetros por hora más rápido que el otro vehículo que está siendo rebasado. Debe existir una distancia de seguridad entre el vehículo que se aproxima en sentido contrario y el que efectúa la maniobra de adelantamiento. El vehículo que viaja en sentido contrario y el que efectúa la maniobra de rebase van a la misma velocidad promedio. Solamente un vehículo es rebasado en cada maniobra. La velocidad del vehículo que es rebasado es la velocidad de marcha promedio a la capacidad de diseño de la vía. Esta distancia de visibilidad para adelantamiento, se diseña para carreteras de dos carriles de circulación, ya que esta situación no se presenta en carreteras divididas y no divididas de carriles múltiples. 39

40 La distancia de visibilidad de adelantamiento o rebase es la sumatoria de las cuatro distancias separadas que se muestran en la figura 13. Figura 13: Etapas de la maniobra para adelantamiento en carreteras de dos carriles. La distancia preliminar de demora (d1): Donde: v = velocidad promedio del vehículo que rebasa, kilómetros por hora. t1 = Tiempo de maniobra inicial, segundos. a = Aceleración promedio del vehículo que efectúa el rebase, en kilómetros por hora por segundo durante el inicio de la maniobra. m = Diferencia de velocidad entre el vehículo que es rebasado y el que rebasa, kilómetros por hora. Distancia de adelantamiento (d2): Donde: 40

41 v = velocidad promedio del vehículo que ejecuta el adelantamiento, kilómetros por hora. t 2 = Tiempo de ocupación del carril opuesto, segundos. Distancia de seguridad (d3): La experiencia ha demostrado que valores entre 35 y 90 m. son aceptables para esta distancia. Distancia recorrida por el vehículo que viene en el carril contrario (d4): Es práctica corriente fijar esta distancia en dos tercios (2/3) de la distancia d2. Tabla 12: Distancias de visibilidad de adelantamiento Alineamiento Vertical Tipos de Terrenos El alineamiento vertical de una carretera está ligada estrechamente y depende de la configuración topográfica del terreno donde se localice la obra. Aparte de consideraciones estéticas, costos de construcción, comodidad y economía en los costos de operación de los vehículos, siempre deben tomarse en cuenta los siguientes factores: Visibilidad y accidentalidad. Composición del tránsito. Relación entre la velocidad y sus engranajes de cambio en la operación del vehículo. 41

42 Tabla 13: Clasificación de los Terrenos en función de las Pendientes Naturales. Terreno plano es aquel en el cual se dan condiciones topográficas favorables para los levantamientos de campo, el diseño horizontal y vertical, la construcción y reconstrucción de las obras viales, facilitándose el mantenimiento y la segura, cómoda y económica operación de los vehículos El Terreno ondulado presenta frecuentes pendientes de subida y bajada y, ocasionalmente, ofrece algunas dificultades y restricciones en el alineamiento horizontal y vertical de las carreteras. El último tipo se identifica como terreno montañoso, el cual ofrece dificultades y altos costos en la construcción por la frecuencia de cortes y rellenos, que se requieren para lograr alineamientos horizontales y verticales aceptables. Tabla 14: Pendientes Máximas y Mínimas por Tipo de Carreteras. 42

43 a. Diseño de Curvas Verticales en Cresta o Convexa Existen dos condiciones para diseñar este tipo de curvas: La primera considera que la longitud de la curva (L) es mayor que la distancia de visibilidad (S) y la segunda se presenta cuando L es menor que S. En el primer caso se aplica la siguiente expresión para calcular la longitud mínima (L) de curva vertical: Donde, G = Diferencia algebraica de pendientes (%) S = Distancia de visibilidad Cuando L es menor que S, la expresión matemática es la siguiente: De igual manera que el caso anterior, existen dos consideraciones a tomar en cuenta cuando se usa la distancia de visibilidad de adelantamiento; la primera se presenta cuando la longitud de curva (L) es mayor que la distancia de visibilidad (S), entonces se utiliza la siguiente fórmula: Cuando la longitud de curva (L) es menor que la distancia de visibilidad de adelantamiento (S); la expresión que se usa es la que sigue: Tabla 15: Controles de Diseño de Curvas Verticales en Cresta basados en las Distancias de Visibilidad de Parada y de Adelantamiento. 43

44 b. Diseño de Curvas en Columpios o Cóncavas Se han identificado los siguientes cuatro criterios para usarse en el cálculo de las longitudes de curvas en columpios. El primero se basa en la distancia iluminada por los faros delanteros del vehículo. El siguiente toma en cuenta básicamente una sensación subjetiva de comodidad en la conducción, cuando el vehículo cambia de dirección en el alineamiento vertical. El tercero considera requerimientos de drenaje. El último se basa en consideraciones estéticas. Cuando la longitud de curva, L, es mayor que la distancia de visibilidad iluminada, S, se utiliza la fórmula que sigue: Donde, L = Longitud mínima de curva vertical en columpio, m. S= Distancia de visibilidad iluminada por los faros del vehículo, m. G= Diferencia algebraica entre pendientes de la curva, %. Cuando L es menor que S la fórmula utilizada es la siguiente: El segundo criterio basado en la comodidad, tiene su fundamento en la suspensión de la carrocería de los vehículos, el peso que mueve, la flexibilidad de las llantas, los tipos de asientos, entre otros. El tercer criterio persigue la satisfacción de las necesidades del drenaje en las curvas en columpio. Un criterio recomendado para el diseño consiste en dotar una pendiente de 0.3 por ciento dentro de los 15 metros del punto a nivel del terreno, 44

45 Tabla 16: Controles de Diseño de Curvas Verticales en Columpio basados en la Distancia de Visibilidad de Parada, DVP. c. Criterios para el Diseño del Alineamiento Vertical La AASHTO presenta algunos consejos valiosos en torno al diseño del alineamiento vertical, de donde cabe entresacar algunos por su relevancia para la práctica vial centroamericana: Las curvas verticales en columpio deben evitarse en secciones en corte, a menos que existan facilidades para las soluciones de drenaje. En pendientes largas, puede ser preferible colocar las pendientes mayores al pie de la pendiente y aliviarlas hacia el final o, alternativamente, intercalar pendientes suaves por cortas distancias para facilitar el ascenso. En tangente, deberían generalmente evitarse, particularmente en curvas en columpio donde la visión de la carretera puede ser desagradable al usuario. Los alineamientos ondulados, que involucran longitudes sustanciales de pendientes que generan momentum, pueden ser indeseables en el caso de vehículos pesados que pueden incrementar excesivamente su velocidad, sobre todo cuando una pendiente positiva adelante no contribuye a la moderación de dicha velocidad. Hay que evitar el efecto de montaña rusa, que ocurre en alineamientos relativamente rectos, donde el perfil longitudinal de la rasante se ajusta a las suaves irregularidades de un terreno ligeramente ondulado. 45

46 Carriles de Ascenso La justificación para la construcción de un carril de ascenso en una carretera de dos carriles, debe basarse en los tres criterios siguientes: a. El tránsito ascendente debe ser mayor de 200 vehículos por hora: este se determina multiplicando el proyectado volumen de diseño por el factor de distribución direccional para el tránsito ascendente y dividiendo el resultado por el factor de hora pico. b. El tránsito ascendente de camiones debe ser mayor de 20 vehículos por hora: la cifra anterior se multiplica por el porcentaje de camiones en el sentido ascendente del tránsito. c. Debe además concurrir una de las siguientes causales: Se espera que la velocidad de un camión pesado se reduzca por lo menos en 15 kilómetros por hora. En la pendiente se opera al nivel de servicio E o F, o sea a plena capacidad o cercana a ella. Se experimenta una reducción de dos o más niveles de servicio, cuando el tránsito se mueve del acceso a la sección en pendiente. El punto donde debe añadirse un carril de ascenso depende tanto de la velocidad de los camiones en la pendiente como de las restricciones que puedan existir a las distancias de visibilidad. El carril de ascenso debe tener el ancho normal del carril de paso y construirse de forma que pueda ser reconocido de inmediato como un carril especial Derecho de Vía El derecho de vía es la franja de terreno que adquiere el dueño de una carretera, normalmente el Estado, para la construcción de la misma, incluyendo dentro de sus límites el diseño bien balanceado de la(s) calzada(s) con sus carriles proyectados, los hombros interiores y exteriores, las medianas y todos los demás elementos que conforman normalmente la sección transversal típica de este tipo de instalaciones, conforme su clasificación funcional. El ancho de la franja del derecho de vía en Centroamérica varía desde un límite inferior de 20 metros, hasta un máximo de 60 metros. 46

47 Para las carreteras colectoras, ubicadas en el rango inferior de la clasificación funcional de la red de carreteras regionales, se considera suficiente disponer de un derecho de vía de 20.0 metros de ancho, que puede ampliarse hasta 30.0 metros. Para las carreteras troncales del sistema regional, el ancho recomendable del derecho de vía se incrementa hasta los 40.0 metros, con un óptimo recomendable por exceso de 50.0 metros. Figura 14: Derecho de vía y sección transversal típica de una carretera colectora. Figura 15: Derecho de vía y secciones transversales típicas de una carretera troncal La Utilización de Dispositivos Uniformes para el Control del Tránsito en Centroamérica. Las señales acostumbradas: Reglamentarias, esto es dispuestas a notificar los normas de cumplimiento obligatorio en la circulación del tránsito. 47

48 De advertencia, para advertir al conductor sobre posibles condiciones adversas en la vía. Informativas, para suministrar información necesarias y dirigir el tránsito por las rutas apropiadas hasta destino seguro Propaganda a lo Largo de las Carreteras e intersecciones Como norma general, bajo ninguna circunstancia debe permitirse que dentro del derecho de vía de una carretera, sean colocados anuncios publicitarios de carácter comercial o de otra índole, que no corresponda a la información que debe llegar, en forma clara y expedita, al conductor en la forma de señales verticales, marcas en el pavimento y dispositivos aprobados para el control del tránsito. Las leyes de tránsito y de derecho de vía deben dejar expresamente asentada esta prohibición. Capítulo 6, intercambios e intersecciones a desnivel Los Intercambios, una Categoría Superior de Intersecciones Los intercambios, también conocidos como distribuidores y entronques a desnivel; están en función a los volúmenes de tránsito de diseño, a la distribución direccional de los diversos movimientos del tránsito, de los costos como un elemento de primordial consideración, la topografía y la disponibilidad de derechos de vía. En los países en desarrollo hay un elemento adicional importante a tomar en consideración: la necesidad de desarrollar una cultura para el uso apropiado y el seguimiento de las normas de operación de los intercambios, que hagan relucir sus ventajas en cuanto a seguridad, fluidez y economía en la circulación. Instrucciones simples, diseños para maniobras naturales y señalización oportuna, son componentes complementarios del esfuerzo de educación de los usuarios para el mejor uso de estas instalaciones. La separación de niveles operará sin dificultades para la corriente principal que tendrá obvia preferencia, excepto cuando en el perfil se introducen pendientes 48

49 longitudinales largas y pronunciadas, complicándose la operación de camiones y otros vehículos pesados. En este sentido, los terrenos ondulados se prestan más al diseño de los intercambios en armonía con el medio, caso contrario al de los terrenos planos, donde hay que aplicar un poco de imaginación paisajista para procurar soluciones visualmente agradables y prácticamente funcionales. Las rampas están dispuestas para facilitar las maniobras del tránsito en los intercambios. Una rampa de un solo cuadrante, puede ser suficiente cuando los volúmenes son bajos. Sin embargo, puede ser que las operaciones de giro a izquierda en ambos extremos de la rampa, tengan que ser sustituidas por una solución con dos cuadrantes. La solución óptima, desde luego, ocurrirá cuando el intercambio ocupe los cuatro cuadrantes para convertirse en la conocida solución en trébol. Ahí todos los movimientos del tránsito son directos y naturales Condiciones para la Construcción de Intercambios Criterios Generales Para dar respuesta a la pregunta de cuáles son las condiciones para la construcción de un intercambio, cabe recurrir al análisis de diversos factores que deben ser cuidadosamente examinados y ponderados con propiedad. En orden de prioridad, las condiciones más importantes para la construcción de intercambios tienen que ver con los volúmenes de tránsito para diseño, la eliminación de embotellamientos o congestionamientos del tránsito, los aportes a la seguridad vial, la clasificación de la arteria en lo relativo al control en los accesos, los resultados del análisis de beneficios y costos, la disponibilidad de recursos para inversión, incluyendo la construcción por etapas, y la topografía del sitio. 49

50 La Relación de Beneficios y Costos Es fundamental soportar la recomendación de la construcción de un intercambio en una comparación de los beneficios y costos del mismo. De un lado se habrá de colocar un costo de inversión inicial que seguramente será bastante elevado, resultado de la construcción de estructuras sumar gastos anuales en concepto de mantenimiento, comparativamente más elevados que si se tratara de una intersección a nivel. Del lado de los beneficios, se podrá contar con volúmenes significativos de ahorros en costos de operación de los vehículos y tiempos de espera (expresados estos últimos en costos del tiempo de los conductores y los pasajeros), durante todo el ciclo del proyecto Insuficiente Capacidad de la Intersección a Nivel Los volúmenes de tránsito en exceso de la capacidad de una intersección a nivel, en la cual se han agotado las opciones operativas y de bajo costo relativo para incrementar la fluidez del movimiento, constituyen una clara invitación a considerar la construcción de intercambios El Control en los Accesos Donde la clasificación funcional de una carretera determina que debe disponer de control total en los accesos, está implícita la necesidad de construir intercambios en las intersecciones principales con las otras carreteras de la red. Esto significa que en su conjunto y con una visión de sistema, la carretera obligará a readecuar todas las intersecciones en un proceso de redistribución de flujos, relocalizando unas intersecciones, clausurando otras para reorientar o concentrar el movimiento, construyendo cruces a desnivel donde no interesa que exista interferencia en el tránsito principal, y dejando por último los sitios en donde necesariamente habrá que proveer intercambios Tipos Usuales de Intercambios La configuración de los intercambios es variada y en muy raras oportunidades es permisible hablar de soluciones únicas Sin embargo existen ciertas configuraciones básicas usuales en la práctica de la ingeniería vial, cuyo conocimiento es esencial. 50

51 Intercambios de Tres Ramales El intercambio en trompeta, en T o en Y, es el más común de los que entrelazan tres ramales importantes, ya que consiste de una o más estructuras de separación de niveles, en complemento a carreteras de un solo sentido de circulación para todos los movimientos del tránsito. Figura 16: Intercambio de trompeta. Curvas con espirales de transición son efectivas para el mejor alineamiento horizontal de las rampas en las trompetas Intercambios de Cuatro Ramales Los intercambios de cuatro ramales se construyen donde se entrecruzan dos carreteras importantes, que necesitan redistribuir sus corrientes de tránsito en operaciones de cruce, separación, integración y entrecruzamiento, 51

52 admitiéndose como soluciones las configuraciones en diamante, en trébol de cuatro hojas, con sus variantes de tres, dos y hasta una hoja, y los intercambios con conexiones directas y semidirectas. a. Los Diamantes Los intercambios del tipo diamante son los más apropiados donde existen severas limitaciones en derecho de vía, ya que sus exigencias de espacio para acomodarlas rampas diagonales requeridas en cada cuadrante son mínimas, de ahí que sean extensamente utilizados en áreas urbanas y en zonas suburbanas, por causar las menores afectaciones a las propiedades colindantes. La señalización en estas intersecciones es esencial. El crecimiento de los volúmenes de tránsito puede hacer necesario que una rampa diagonal que salga de la pista principal con un solo carril de circulación, tenga que ser ampliada hacia el extremo de entrada con dos o tres carriles, para permitir la acumulación del tránsito y su incorporación al flujo de la vía secundaria, sea con el auxilio de semáforos o sin ellos. La forma más elaborada y costosa de diamante es la que cuenta con una estructura de tres niveles y cuatro pares de rampas, para posibilitar el flujo ininterrumpido del tránsito en ambas carreteras que se intersectan. Las rampas diagonales son todas de 4.2 metros de ancho de carril, con pendientes menores del uno por ciento. 52

53 1. NORMAL 2. CON CALLES COLECTORAS 53

54 3. CON ESTRUCTURAS ADICIONALES Figura 17: Diamantes y algunas de sus variantes. b. Los Tréboles Un trébol completo elimina con aros que permiten giros de 270 grados, todos los movimientos a izquierda en un intercambio, integrándolos por la derecha en la corriente deseada. A cambio, esos aros incrementan considerablemente la longitud de recorrido de los vehículos, en mayor medida según sean mayores las velocidades de diseño por cada 10 kilómetros por hora de aumento de la velocidad de diseño, se incrementa la distancia de recorrido del aro en un 50 por ciento y el tiempo en un 20 a 30 por ciento - requiriendo además extensas áreas de derecho de vía en terrenos que, usualmente, tienen costos elevados por metro cuadrado. Otra desventaja de los tréboles son las cortas distancias disponibles para las peligrosas maniobras de entrecruzamiento, que en cierta forma alivia la construcción de carriles colectores-distribuidores, cuya carencia complica la operación del carril derecho de la pista principal, que además de atender su propio movimiento, debe dar lugar al entrecruzamiento desde y hacia los aros del intercambio. 54

55 Figura 18: Tréboles y algunas de sus variantes Las Estructuras para la Separación de Niveles Por Arriba o por Debajo? La primera consideración para determinar si la carretera principal debe pasar por arriba o por debajo de la estructura de separación de niveles en un intercambio, está en función de la adaptación del diseño a la topografía del terreno, adaptación que será tanto más exitosa cuanto mejor reúna los atributos de ser una solución estéticamente agradable y funcional, además de fácil de construir y mantener. a. El Paso Inferior por las Estructuras de Separación de Niveles. Se afirma que el paso inferior del tránsito principal, presenta la ventaja de ofrecer al conductor la visión inmediata del puente del intercambio y de las entradas y salidas de las diferentes rampas que lo complementan. Esta ventaja se mantiene aun cuando la rasante del puente se identifica con el nivel del terreno donde la topografía es relativamente plana, y la carretera principal se deprime un tanto para acomodar el paso por debajo de la estructura. 55

56 b. El Paso Superior por la Cubierta de las Estructuras. El paso superior ofrece, por su parte, las mejores facilidades para el desarrollo del proyecto por etapas, algo que puede ser sumamente atractivo para los países en desarrollo. La construcción de una parte del ancho del puente, en una primera etapa, para luego adicionarle los carriles y la franja divisoria central en los anchos preestablecidos, constituye un buen ejemplo de un desarrollo incremental o por etapas de la solución estructural, que no sacrifica nada de la primera parte de la inversión. Donde una nueva carretera cruza con considerables volúmenes de tránsito una ruta existente, la construcción de un paso superior ocasiona las menores alteraciones al tránsito existente, ya que no exige la construcción o habilitación de desvíos provisionales. Adicionalmente, el cruce de la carretera principal por arriba no tiene limitación alguna para el movimiento de camiones con cargas de dimensiones extraordinarias, a menos que la estructura del puente sea una armadura de acero de paso a través. Finalmente, cabe destacar que el paso superior del tránsito principal es más favorable para el tratamiento apropiado del drenaje superficial en el área del intercambio Ancho de las Estructuras de Separación de Niveles en los Intercambios La recomendación más general en lo que se refiere al ancho de la sección transversal del puente o los puentes de un intercambio, es que esta sección debe ser igual al ancho de la corona de la carretera en sus accesos al puente o los puentes, particularmente si se trata de una autopista, para que transmita al conductor la confortable sensación de amplitud y seguridad que requiere en sus operaciones. En contraste, la sensación de estrechamiento que producen los postes, los pasillos, las columnas de los puentes, los parapetos y los pasamanos de las estructuras, induce al conductor a separarse de esos obstáculos fijos e invadir los carriles contiguos, a riesgo de su seguridad y la de los demás. 56

57 Figura 19: Altura libre, h, requerida en terreno plano para habilitar el paso superior o inferior de la estructura de un cruce a desnivel. En autopistas, donde se supone que no deben circular peatones, se acostumbra que a 0.6 metros del borde del hombro se construya una base de concreto o parapeto, sobre la cual se colocan los postes de soporte de la defensa del puente o pasamanos. Tratándose de otro tipo de carreteras, diferentes de las autopistas, se debe dar debida consideración a la construcción de aceras para atender las necesidades del movimiento peatonal que, en el medio centroamericano, es intenso por calles y carreteras Las Restricciones Laterales El ancho de la mediana gobierna el despeje de obstáculos del lado izquierdo en una carretera dividida, ya que un ancho mínimo de 3.0 metros, permite la eventual construcción de hombros de 1.2 metros de ancho a cada lado, junto con una barrera rígida del tipo previsto para redireccionar el tránsito. Las carreteras de alta velocidad deben ser diseñadas para llevar a lo largo del paso inferior todo el ancho del hombro derecho, con bordillos continuos solamente para el tratamiento del drenaje, ya sea a la derecha o a la izquierda. Donde sea necesario proporcionar aceras, estas deben construirse incrementando el ancho de la sección transversal del paso inferior en la porción 57

58 correspondiente. Las paredes de los estribos verticales deben incorporar secciones de barreras, similares a las que se propone colocar al centro de la sección transversal Medianas No se recomienda la construcción de una mediana con bordillos en puentes de 30 metros o menos, cuando la carretera de acceso consta de una calzada de cuatro o más carriles sin división central o se tiene una mediana a nivel de menos de 1.2 metros de ancho. Para puentes entre 30 y 120 metros de longitud, los volúmenes de tránsito, las velocidades, las distancias de visibilidad, la necesidad de postes para el alumbrado público, la sección transversal de los accesos, etc., determinarán si se requieren o no las medianas. En puentes de más de 120 metros, se justifica la construcción de medianas delimitadas por bordillos Altura Libre del Paso Inferior Conviene recordar que la mayor altura del vehículo de diseño es de 4.1 metros, aunque algunos Estados norteamericanos admiten que los vehículos cargados alcancen alturas hasta de 4.4 metros. Si se toma en cuenta que debe haber una altura libre entre el vehículo cargado y la cara inferior de la estructura de soporte del puente de por lo menos 0.3 metros, al adicionar a los datos anteriores la pérdida de altura por los trabajos de revestimiento periódico de la carretera, se tiene que la altura libre deseable del nivel de la rasante a la cara inferior de la estructura es de 5.0 metros y de 4.4 metros el mínimo Distancia Horizontal para efectuar la Separación de Niveles La distancia mínima requerida, D, para efectuar la separación de niveles depende de la velocidad de diseño, de la pendiente longitudinal de la carretera y de la altura de subida o bajada, H, necesaria para la separación de niveles. Para pendientes comprendidas entre 2 y 7 por ciento y para velocidades de 80 a 110 kilómetros por hora, aplicables a autopistas, y velocidades hasta de 50 kilómetros por hora para carreteras menores. 58

59 Tabla 17: Distancia Mínimas (D*, en metros) para realizar la Separación de Niveles en Estructuras de Paso por Arriba o por Debajo. Los valores de D, expresados en metros, son válidos igualmente para situaciones de pendientes desiguales. La distancia D es la suma de la curva vertical de entrada, más la longitud de la tangente y la mitad de la curva vertical en la cresta o el columpio de la estructura, pero está basada en la mínima distancia de visibilidad de parada, siendo que lo recomendable es proporcionar curvas de mayor amplitud. Pendientes mayores de 3, 4, 5 y 6 por ciento, no deben usarse con velocidades de 110, 100, 80 y 60 kilómetros por hora respectivamente, cuando la separación de niveles sea de 7.5 metros o menos Las Rampas, su Diseño Definiciones Todos los tipos de configuraciones, disposiciones y tamaños de segmentos de carreteras para salir de un ramal a otro dentro de un intercambio, se conocen bajo el nombre genérico de rampas, que en lo esencial están constituidas por una terminal en cada extremo, provista de giros en uno o en ambos sentidos, una sección de carretera con circulación en un solo sentido, algún grado de curvatura horizontal con su correspondiente transición y pendiente longitudinal. 59

60 Velocidades de Diseño Las velocidades de diseño en las rampas no es posible equipararlas a las de las carreteras que intersecta, aunque no deben ser inferiores a las que muestra el cuadro 6.2 adjunto. Tabla 18: Velocidades de Diseño de las Rampas en función de las Velocidades de Diseño de la Carretera, en kilómetros por hora. Para las rampas de giros a derecha, la velocidad de diseño debe ser escogida entre el límite superior y el límite medio, con un uso más frecuente de este último. Figura 20: Tipos de rampas. 60

61 Ancho de Rampas El ancho de diseño de las rampas, que incluye los hombros o su equivalente como área despejada fuera de la vía de circulación, varía según el tipo de operación de la rampa, la curvatura y los volúmenes de tránsito, pero sobre todo de la composición del tránsito. Condición A: tránsito predominante de automóviles, con alguna participación de transporte de carga en camiones. Condición B: suficientes camiones en el tránsito como para gobernar el diseño, pero con alguna participación de combinaciones de tractores con semirremolques. El volumen de camiones pesados es del orden de 5 a 10 por ciento del tránsito total. Condición C: el diseño es controlado por cabezales con semirremolques y autobuses pesados. En lo que se refiere a los hombros, cuando estos son pavimentados, deben tener un ancho uniforme a lo largo de toda la rampa, con 0.6 a 1.2 metros en el lado izquierdo y 2.4 a 3.0 metros en el lado derecho mínimo. Tabla 19: Anchos de Diseño para Rampas de Giro en Intercambios, dimensiones en Metros. 61

62 En las rampas de descenso, las pendientes hasta de 8 por ciento no afectan las operaciones de los vehículos livianos, sin embargo para no afectar a los camiones y otros vehículos pesados usuales en la corriente del tránsito, se recomienda que las rampas de descenso sean limitadas a 3 y 4 por ciento de pendiente Sobreelevación y Pendiente Transversal Recomendándose la aplicación de las tasas de sobreelevación ubicadas en el tercio superior para las velocidades de 60 kilómetros por hora o menos. La pendiente transversal en las rampas en tangente, se establece normalmente en una sola dirección, a una tasa de 1.5 a 2.0 por ciento para pavimentos de alta calidad. El desarrollo de la sobreelevación comienza o termina en el carril auxiliar o en la transición. Los tres segmentos de las rampas que deben analizarse para determinar las tasas de sobreelevación y su compatibilidad con la velocidad de diseño y de la configuración de dichas rampas, son la terminal de salida, la rampa propiamente dicha y la terminal de entrada a la pista principal. Figura 21: Desarrollo de la sobreelevación en terminales de rampa con flujo libre. 62

63 Cuchilla de Salida de una Rampa En la intersección del hombro de una carretera con la rampa de salida de un intercambio se forma una sección denominada cuchilla, que tiene las características generales mostradas en la figura 22. La nariz física es un punto, que en su sección transversal separa las carreteras de la cuchilla. La nariz delineada en el pavimento es un punto que marca el lugar de separación de las carreteras. El área neutral se refiere a la sección triangular que, en su extremo, delimita el diseño de la terminal de la rampa de salida. Figura 22: Características de una cuchilla de salida a una rampa. Como una regla general, el ancho de la nariz de la cuchilla varía entre 6.0 y 9.0 metros, medido entre el borde de la pista de rodaje de la carretera principal y el pavimento de la rampa. 63

64 Figura 23: Característica de una cuchilla de entrada de una rampa. Figura 24: Detalles típicos de cuchillas de salida. 64

65 Tabla 20: Longitud Mínima de Transición, más allá de la Nariz de la Cuchilla Las Rampas, sus Terminales Tipos de Terminales de Rampas La terminal de la rampa de un intercambio puede ser ubicada a la entrada o a la salida de la rampa, puede ser de carril sencillo o múltiple2 y, según la configuración del carril de cambio de velocidad, puede ser de carril paralelo a la vía principal o de carril de transición a un ángulo agudo a dicha vía. A esos elementos del diseño del diseño de una rampa, se deben añadir las islas o canalizaciones, que el diseño imponga como necesarias para conducir con mejor facilidad las corrientes en su trayectoria escogida. Hay dos criterios generales que es necesario tener presentes en el diseño de las terminales de las rampas. En primer lugar, debe evitarse a toda costa la construcción de entradas o salidas de las rampas por la izquierda en los intercambios, porque esa solución rompe con las expectativas de maniobra de los conductores; El otro criterio destaca la importancia de que la terminal de una rampa no debe estar muy cerca de la estructura de separación de niveles. Los conductores esperan y prefieren entrar a las rampas antes de la estructura. 65

66 Los Carriles de Cambio de Velocidad Pero el éxito para el buen funcionamiento de un intercambio consiste en la provisión de los apropiados carriles para el cambio de velocidad, para que los vehículos al entrar a la rampa y reducir la velocidad, lo hagan sin interferir inconvenientemente con el movimiento en la pista principal. Tabla 21: Longitudes Mínimas de Aceleración para las Terminales de Entrada de Rampas con Pendientes de 2 por ciento o menos. Figura 25: Entradas típicas de rampas para carril sencillo. 66

67 a. L a es la longitud de aceleración requerida. b. El punto de control es la velocidad de seguridad en la rampa, a condición que el radio de curvatura sea igual o mayor de 300 m. c. L g debe tener un mínimo de 90 a 150 m, dependiendo del ancho de la nariz. L g es la longitud requerida como brecha de aceptación. d. Se propone utilizar la distancia L a o L g, dependiendo de la que sea mayor, a partir del punto donde el ancho de la nariz sea igual a 0.6 metros. Las entradas de rampas del tipo de transición operan muy bien bajo todas las condiciones de demanda, cuando se diseñan con las dimensiones recomendadas. Con menores ajustes en la velocidad, de más o menos 10 kilómetros por hora por debajo de la velocidad de marcha, los conductores pueden aprovechar la brecha necesaria para integrarse a la pista en el punto de convergencia, que se encuentra donde el borde derecho del carril de aceleración está a 3.6 metros del borde derecho del carril de paso. 67

68 Tabla 22: Ajustes de la Longitud del Carril de Aceleración, en función de la Pendiente Longitudinal. Donde el radio de la curva final de la rampa es menor de 300 metros, se evidencia la peligrosa tendencia de los conductores de ingresar directamente a la pista principal, lo cual debe evitarse Las Salidas Típicas de las Rampas en un Intercambio Los estudios sobre este tipo de salidas de rampas mediante transición, revelan que los vehículos se separan de la corriente principal a velocidades relativamente altas y ajustan su velocidad a medida que se desplazan sobre la rampa misma. Tabla 23: Longitudes Mínimas de Deceleración para las Terminales de Salida de Rampa, con Pendientes de 2 por ciento o menos. 68

69 Por su conformación, es el diseño preferido por los conductores. El ancho del área de recuperación, o sea la distancia entre los bordes del pavimento en la nariz de la rampa, es usualmente de 6.0 a 9.0 metros. Esta sección debe ser pavimentada para mayor seguridad del tránsito. 1. DISEÑO CON TRANSICIÓN 2. DISEÑO CON CARRIL PARALELO Figura 26: Salidas típicas de rampas para carril sencillo. 69

70 Tabla 24: Ajustes de la Longitud del Carril de Deceleración, en función de la Pendiente Longitudinal. El carril de cambio de velocidad de entrada está precedido por una sección de transición, bajo el supuesto de que los vehículos empezarán a cambiar de carril desde el inicio, para hacer los ajustes de velocidad en dicho carril de deceleración, realizando una maniobra de cambio de dirección que no resulta natural. Se recomienda el uso de carriles de deceleración de 240 metros mínimo en las rampas de salida Otras Consideraciones Generales de Diseño Secciones de Entrecruzamiento Las secciones de entrecruzamiento pueden presentarse en los intercambios, en las secciones de carreteras comprendidas entre una rampa de salida y otra inmediata de entrada, en las rotondas y en segmentos de carreteras que se traslapan. En general, las secciones de entrecruzamiento ocurren donde la trayectoria de los vehículos que entran y salen de determinadas secciones de carreteras, desarrollan trayectorias vehiculares que se cruzan una con otra, generando interferencias que, deseablemente, deben ser evitadas en el diseño de los intercambios. La opción para evitar los entrecruzamientos consiste en la construcción de estructuras adicionales y la adición de algunas conexiones directas. 70

71 Control en las Rampas El propósito del control en las rampas es evitar el congestionamiento o mejorar la operación de integración o convergencia del tránsito con la autopista principal. Este control consiste en la colocación de semáforos en la entrada de las rampas, antes del final de la entrada, para controlar el número de vehículos que ingresan a la autopista. Los semáforos pueden ser de tiempos fijos o actuados por el tránsito, para dejar entrar en la rampa a los vehículos individualmente o en grupos. Los semáforos de tiempo fijo deben ser activados con base en estudios de tránsito, mientras que los semáforos que son actuados por el tránsito deben contar con sensores ubicados en la autopista. Capítulo 8, Elementos básicos de diseño para el mejoramiento De la seguridad en las carreteras La Seguridad Vial, una Asignatura Pendiente La seguridad en las carreteras es un tema que tiene íntima relación con la tecnología automotriz, como la tiene también con la educación vial y, sin lugar a dudas, con las prácticas del diseño, la construcción y el mantenimiento de las carreteras. A futuro, hay que intervenir en la adopción y aplicación de mejores normas de diseño, donde de manera deliberada y sistemática se incorporen los conceptos de seguridad desde la fase de planificación hasta la operación de las carreteras, con la esperanza de que futuros avances en la educación vial contribuyan por su parte a generar cambios positivos y resultados más estimulantes en materia de seguridad. A través del diseño es posible contribuir en diferentes maneras al mejoramiento de la seguridad vial, debiéndose en todo caso tener presentes los siguientes criterios básicos que se enuncian sin referencia a su prelación: a. El diseño de una carretera debe ser consistente, esto es, que deben evitarse los cambios abruptos en las características geométricas de un segmento 71

72 dado, manteniendo la coherencia de todos los elementos del diseño con las expectativas del conductor promedio. b. En el diseño debe prestarse la debida atención a las necesidades de los peatones, de los ciclistas y de los motociclistas, que circulan por las carreteras de Centroamérica en volúmenes significativos, particularmente de los primeros. c. Es necesario incorporar en el diseño de las carreteras una zona contigua a la pista de rodamiento, en donde la combinación de la pendiente, la superficie y la falta de obstáculos permita la recuperación del control de un vehículo salido de su curso. d. Debe realizarse todo esfuerzo para minimizar los puntos de conflicto en las carreteras, lo cual contempla el diseño de rutas separadas para peatones, ciclistas y motociclistas; la reducción del número de cruces ferroviarios; la construcción de barreras e islas para la canalización de las corrientes y el uso de los dispositivos apropiados para el control del tránsito. e. Finalmente, es conveniente desarrollar y aplicar un sistema dinámico de administración de la seguridad de las carreteras, en donde se combine el conocimiento de factores como el tránsito, la localización y distribución de accidentes, etc. para la planificación y adopción de las medidas conducentes al mejoramiento de la seguridad en el transporte vial. 8.2 Intersecciones Como elementos determinantes para el buen funcionamiento y la seguridad de las carreteras urbanas y suburbanas, las intersecciones deben recibir especial atención en su diseño geométrico, en total congruencia con la naturaleza, el volumen y la composición vehicular de las operaciones conflictivas de cruce, convergencia, separación y entrecruzamiento de las corrientes de tránsito, que se presentan típicamente en tales puntos claves. Una intersección apropiadamente canalizada señala con toda claridad el curso de los movimientos, resulta fácil de utilizar por todos los usuarios y establece una deseable continuidad en los flujos, para incrementar la eficiencia del tránsito. 72

73 Desde el punto de vista de la seguridad de la circulación, no es recomendable la construcción de islas con áreas menores de 9 metros cuadrados4, si es que están limitadas por bordillos. Las curvas de los bordillos con radios de 10 a 15 metros y las curvas compuestas de tres centros tienden a expeditar el movimiento de vehículos pesados; a cambio de eso, dichas curvas afectan negativamente el movimiento peatonal, tornándolo inseguro Soportes de Señales y Postes de Servicio Público La distancia mínima absoluta a que deben colocarse los postes de servicio público es de 0.5 metros de la calzada, para evitar conflictos con los vehículos pesados. En realidad, estos postes deben ubicarse cerca de los límites del derecho de vía, para reducir al máximo la oportunidad de que puedan ser impactados por los vehículos dentro de la corriente del tránsito El Mantenimiento de las Carreteras y la Seguridad Vial Los responsables del mantenimiento de las carreteras deben tener plena conciencia del alcance del buen funcionamiento de todas las instalaciones y dispositivos que desempeñan una función dentro de la seguridad vial Las marcas borradas por el uso y las señales destruidas, dañadas, faltantes o carentes de elementos reflectivos pueden limitar la información necesaria para los conductores y provocar accidentes severos de indeseable consecuencias Instalación de Servicios dentro del Derecho de Vía de una Carretera Puesto que la seguridad de la operación, el mantenimiento y la apariencia de una carretera, puede ser alterada por la manera en que dentro de su derecho de vía son instalados los servicios públicos que en ocasiones se vuelven privados, como decir energía eléctrica, telecomunicaciones, televisión por cable, agua potable y aguas servidas, etc. Los tubos de conducción de aguas, por ejemplo, pueden ser protegidos por medios mecánicos, como decir un medio arco de concreto reforzado, que pueda soportar las cargas tanto del relleno como de las cargas vivas que 73

74 imponga el tránsito sobre la vía. Igual función podría llenar una losa plana reforzada sobre el tubo, para soportar las cargas previstas en el diseño. Los servicios que se transmiten por vía aérea requieren soportes que, deseablemente, deben colocarse en los límites del derecho de vía, nunca dentro de la zona despejada para los vehículos extraviados. Deben además ser provistos de postes con soportes rompibles al impacto, cuando estos sean colocados en zonas de peligro para la seguridad de la conducción vehicular. Como anexo del Manual de diseño geométrico para la correcta disposición de las señales verticales restrictivas y preventivas se ha utilizado los códigos contenidos en (Ortiz & Roberto, 2000). El cual establece que el señalamiento vial y los dispositivos de control de tránsito juegan un papel fundamental para lograr una operación adecuada de la red vial de cada país, y sobre todo para una operación integrada de la red regional. Además, la mitigación de los problemas de congestión vial conlleva el uso de soluciones en infraestructura y dispositivos de control nuevos. Software AutoCAD Civil 3D. Finalizando este capítulo del manual del SIECA, se han abarcado todos los contenidos de este que se involucran en el diseño del proyecto; por lo cual seguidamente se presenta información relacionada al software AutoCAD Civil 3D para comprender su funcionamiento y aspectos básicos. AutoCAD Civil 3D 2013 permite realizar una gran variedad de tareas de ingeniería civil, así como crear relaciones inteligentes entre objetos para que los cambios en el diseño se actualicen de forma dinámica. Los objetos son dinámicos y están basados en estilos, lo que simplifica la creación y edición de objetos. Las barras de herramientas de composición agrupan las herramientas de creación y edición de objetos. 74

75 Los objetos más importantes para explicar son: A) Puntos. Una vez finalizado el levantamiento topográfico en el determinado sitio de interés, procedemos a descargar los datos para procesar los datos topográficos en la PC. Estos archivos cabe la aclaración que tienen diferentes formatos de descarga dependiendo del tipo de estación total o de la marca de la estación total, así que esto va a variar de la cantidad de archivos y de la cantidad de datos contenidos en ellos. Se debe realizar la correcta revisión y transformación de los datos topográficos para la importación de los puntos al programa en sus formatos establecidos que contiene: P = Numero de punto. N = Coordenada norte. E = Coordenada este. Z = Elevación del punto. D = Descripción. 1. Point Marker (Marca del Punto). 2. Point Number (Numero del Punto). 3. Point Elevation (Elevación del Punto). 4. Point Description (Descripción del Punto). Figura 27: Representación común de un punto en Civil 3D. Además de importados los puntos se pueden obtener mediante referencias a: Parcelas. Superficies. Alineamientos. Objetos de AutoCAD. 75

76 Los puntos se pueden agrupar en diferentes grupos para su utilización. B) Superficies. Los datos de la superficie son proporcionados por las curvas. Una superficie es consiste en una red de triángulos basados sobre la coordenadas de la curvas; los triángulos generados están conectados con puntos o curvas. Si los bordes del triángulo no son correctos se puede reconstruir las conexiones para asemejar más la realidad racionalmente. C) Alineamientos. Los alineamientos son una seria de coordenadas usados para representar características, tal como el eje del camino, bordes del pavimento, banquetas y derechos de vía. Los alineamientos deben contener criterios de diseños basados en normas de diseño referentes a la región en la que se trabaja para determinar las características de este en sus componentes horizontales y verticales. Estos criterios pueden ser iguales a lo largo de todo el alineamiento o variar por tramos. D) Perfil. Un perfil es un objeto que contiene datos de elevación de un alineamiento horizontal. El perfil es un alineamiento vertical. Cuando editas un alineamiento, los cambios son mostrados en el perfil ya que están asociados de forma dinámica. E) Ensambles y subensambles. Un ensamble puede actuar como un plantilla. Creando un ensamble no da lugar objetos reales hasta que se utilizan en el modelo del corredor. Cuando creas un ensamble, puedes hacerlo disponible para los proyectos futuros y otros usuarios ahorrándolo como parte de una plantilla de dibujo del archivo. 76

77 Un ensamble es un arreglo de las características encontradas en una autopista o en otro corredor. Un subensamble tiene la estructura y lógica de un componente individual del camino o de otro corredor. Arreglar subensambles en un ensamble para crear una sección tipo de un corredor. F) Corredores. Un corredor básico está compuesto de un alineamiento (el cual actúa como línea base) un perfil (Rasante) y un ensamble. El ensamble creado es un perfil 2D de la estructura del corredor a cada estación a lo largo del alineamiento. Un corredor es una representación tridimensional del diseño de una autopista, vías de ferrocarril, o algún otro camino. Finalmente se presentan las propuestas tecnológicas utilizadas en el diseño: Semáforos inteligentes. Un semáforo inteligente es aquel que "detecta" la cantidad del flujo vehicular mediante sensores (que usualmente están colocados en la carpeta asfáltica) y con base a parámetros ya establecidos, van "modificando" los tiempos de paso y/o detención. Estos semáforos reducen tiempo de espera en semáforos, reducción en emisiones y posee un sistema adaptable que permite la adecuación de este a las necesidades del tráfico y corrección de errores. Citando a (Moncada, 2013), Para que el tráfico mejore sustancialmente en la Carretera a Masaya se necesita cambiar los actuales semáforos electrónicos por unos inteligentes, que cambian las señales dependiendo de la cantidad de vehículos en circulación. 77

78 Figura 28: Funcionamiento del sistema de semáforos inteligentes. Figura 29: Activador de los semáforos inteligentes. 78

79 Tuberías de Acero Corrugado Para Drenaje Transversal y Pasos Inferiores. La empresa Mexicana FORMET conocida por realizar numerosos proyectos en su país con el uso de esta tecnología para la construcción de pasos a desnivel en Carreteras y Autopistas así como otras obras Hidroeléctricas, Mineras y Cementeras. En Nicaragua se está llevando a cabo el proyecto del Puente el Coyolito bajo supervisión del MTI, un puente alcantarilla en la ciudad de Estelí, utilizando esta tecnología y ha probado ser económica y fácil de implementar. Los diámetros que pueden alcanzar las secciones van desde los 0.60 m hasta 7.93 m en cualquiera de sus formas disponibles y abarca una Luz de hasta 14 m (Superclaro). La empresa Mexicana expresa la relevancia de esta tecnología en la satisfacción de las necesidad de encontrar opciones constructivas con respecto a los sistemas tradicionales donde los procedimientos de construcción puedan mejorar en su adaptabilidad de diseño, el uso de mano de obra no especializada, ahorro en tiempo y costos sin pérdida de calidad. Figura 30: Fotos representativas de la construcción de un paso a desnivel con tubería metálica. 79

80 El sistema constructivo trabaja con el principio de un anillo a presión; confinando el relleno de la obra y distribuyendo sus presiones atreves de su arco a las cimentaciones y estas al suelo. Para este fin se deben seguir las especificaciones constructivas y de instalación descritas en los anexos página 139 a la Metodología. Como forma de culminación de estudio se ha seleccionado desarrollar una Monografía que contenga la propuesta de un diseño geométrico vial bajo las normas del Manual Centroamericano de normas para el diseño geométrico de las carreteras regionales, específicamente: Propuesta de Diseño Geométrico Vial para un Paso a Desnivel con Tuberías de Acero Corrugado para pasos inferiores, Ubicado en la primera entrada a Las Colinas, Carretera a Masaya; proyectado a modernizar y aumentar la capacidad de tránsito en la actual carretera; abarcando los diseños de las vías de aproximación a unos 200 metros del punto de la intersección, así como proponiendo soluciones para el tránsito de peatones en esta y obras adicionales que complementen la obra; cuya cantidad aproximada de movimiento de tierra debe ser calculado para hacernos una idea de sus costos. Además se pretende realizar un esquema de la estrategia constructiva por etapas de la obra ya que esta es una alternativa poco usada en el país y seria de importancia sentar una guía básica de su método constructivo. Los pasos a seguir para llevar a cabo este fin son primeramente la recolección y análisis de datos topográficos; la obtención de estos es por medio de la institución del MTI que durante la ejecución de la primera etapa del proyecto de ampliación de la carretera a Masaya realizo levantamientos topográficos. Estos datos fueron introducidos en AutoCAD Civil 3D para la creación de una superficie digital donde se modelo el paso a desnivel y superpusieron los alineamientos y corredores. 80

81 Debido a que la pista existente está diseñada para una velocidad de diseño de 80 km/h, toda obra anexa debe estar dispuesta para dicha velocidad; Seguidamente con datos de transito promedio diario anual y en base a las normas de diseño geométrico del SIECA se definirán los criterios básicos de diseño faltantes. Estos se han de añadir al software AutoCAD Civil 3D, para el análisis de la obra. Habiendo finalizado el diseño digital se procede a la utilización de las herramientas del programa para el cálculo de movimiento de tierra y finalmente la redacción de un esquema constructivo por etapa. 5. Desarrollo. Criterios de diseño iniciales. Velocidad de diseño de la carretera a Masaya: 80 km/h El actual diseño de la carretera está basado en una velocidad de diseño de 80 km/h, y toda modificación a parte de esta debe tomar en cuenta esta velocidad de diseño. Vehículo de diseño: Debido a las gasolineras ubicadas en la entrada a las colinas tanto las rampas de acceso como el túnel y demás partes del paso a desnivel deben estar diseñados para un WB-20 de 22.5 m de longitud y 4.1 m de altura que está por encima de los 13 m de longitud y 4 m de altura de un camión cisterna de combustible común. 81

82 De las tablas 1 y 2 obtenemos: El radio de diseño mínimo para el vehículo de diseño será el que determine los radios de la intersección, en este caso se utilizó un radio de 18 m para los giros a la izquierda y de 22 m para los giros a la derecha. El transito promedio diario anual: Según la información brindada por el MTI el TPDA es de 72,425 vpd para la estación de conteo 424 de tipo ECD (Estación de corta duración) ubicada en el tramo Rotonda Jean P. Genie 1 er Entrada a Las Colinas, kilómetro 7.8. Con un periodo de diseño de 10 años como es recomendado en el manual del SIECA, al ser una reconstrucción de la carretera, se proyecta el TPDA a futuro con una tasa de crecimiento de 2.51% igual a la utilizada en la tabla de cálculos de la institución (Ver anexos página 136). ( ) ( ) Nivel de servicio. Mediante los datos referentes al volumen vehicula y diseño geométrico actual se realiza el cálculo del nivel de servicio que presentan las vías que se encuentran en esta intersección de la siguiente forma (Ver marco teórico página 24 a la 28 para más detalles): Carriles sentido Sur-este a Norte-oeste. 1. Asumiendo Velocidad base de flujo libre (BFFS) como 80 km/h (velocidad de diseño). N, número de carriles = 3. 82

83 Lw, ancho de carril = m/3 3.4 m (promedio). Lc, distancia libre del borde = 1.34 m m 1.8 m. M, tipo de división central = dividida. A, densidad de accesos = De la estación a la hay 10 accesos al lado derecho lo que resulta en f LW, factor de corrección por ancho de carril = 2.1 km/h. f LC, factor de corrección por distancia libre al borde = 2.1 km/h. f M, factor de corrección por tipo de división central = 0. f A, factor de corrección por densidad de accesos = 6 km/h. 2. Se calcula la tasa de flujo (Vp): Donde: V, volumen horario = 3,018 Veh/h en el año 2013 El factor pico horario (PHF) se toma como 0.75 según datos del MTI. El factor de corrección por vehículos equivalentes: ( ) ( ) P T sumado con P B según los registros es un 8% t E T y E B son iguales a 1.5 resultando: ( ) En el caso del factor de corrección por tipo de conductores (fp) se toma el promedio de para considerar la mezcla de conductores acostumbrados y no a la vía existente. 83

84 3. El cálculo de la densidad (Ver marco teórico página 28 para más detalle): 4. Introduciéndose en la gráfica de velocidad-flujo obtenemos el nivel de servicio para las condiciones actuales de la carretera: La densidad actual nos ubica en el límite de densidades entre los niveles de servicio D y E lo que indica condiciones de flujo inestable y la necesidad de un mejoramiento vial para alcanzar nuevamente un nivel de servicio entre C y D preferiblemente y como mínimo D. 84

85 Según la misma secuencia de cálculos anteriores y resumido en la siguiente tabla determinamos que el año entrante el nivel de servicio alcanzado en sentido Noroeste es E y en el año 2022 se alcanza el límite para dicho nivel de servicio pasando al nivel F. Sureste a Noroeste Año 2014 BFFS= 80 V = 3093 Veh/h PHF = 0.75 Lw = 3.4 f LW = 2.1 N = 3 Lc = 1.8 f LC = 2.1 S = 69.8 km/h M = si f M = 0 P T = 6 % A = 10 f A = 6 E T = 1.5 P B = 2 % E B = 1.5 f HV = f p = V p = veh/h/carril D = veh/km/carril LOS = E Sureste a Noroeste Año 2023 BFFS= 80 V = 3867 Veh/h PHF = 0.75 Lw = 3.4 f LW = 2.1 N = 3 Lc = 1.8 f LC = 2.1 S = 69.8 km/h M = si f M = 0 P T = 6 % A = 10 f A = 6 E T = 1.5 P B = 2 % E B = 1.5 f HV = f p = V p = veh/h/carril D = veh/km/carril LOS = - 85

86 De igual manera se resumen los cálculos para los carriles en sentido Norteoeste a Sur-este en las siguientes tablas: Parámetros y nivel de servicio de la intersección en condiciones actuales para el año corriente. Noroeste a Sureste Año 2013 BFFS= 80 V = 3018 Veh/h PHF = 0.75 Lw = 3.4 f LW = 2.1 N = 3 Lc = 1.2 f LC = 3 S = 68.9 km/h M = si f M = 0 P T = 6 % A = 12 f A = 6 E T = 1.5 P B = 2 % E B = 1.5 f HV = f p = V p = veh/h/carril D = veh/km/carril 22 LOS = E Parámetros y nivel de servicio de la intersección en condiciones actuales proyectado a 10 años más. Noroeste a Sureste Año 2023 BFFS= 80 V = 3867 Veh/h PHF = 0.75 Lw = 3.4 f LW = 2.1 N = 3 Lc = 1.2 f LC = 3 S = 68.9 km/h M = si f M = 0 P T = 6 % A = 12 f A = 6 E T = 1.5 P B = 2 % E B = 1.5 f HV = f p = V p = veh/h/carril D = veh/km/carril 29 LOS = - 86

87 Carriles de circulación: Debido al nivel de servicio actual se debe considerar dentro del diseño de la intersección la adición de un carril extra en ambos sentidos para aumentar el nivel de servicio y asegurar este durante la vida útil del paso a desnivel. Con la adición de un cuarto carril y tomando en cuenta la construcción del paso a desnivel el factor de f p disminuye a 0.85 para el año corriente y aumenta linealmente hasta alcanzar su valor promedio en un supuesto de 10 años para representar el efecto de los cambios en la geometría de la vía para los usuarios y resulta en la constancia de un nivel de servicio D del año 2013 hasta el año 2023 Como se muestra en las siguientes tablas resumen: Parámetros y nivel de servicio con la mejora de la intersección para el año corriente. Sureste a Noroeste Año 2013 BFFS = 80 Km/h V = 3018 Veh/h PHF = 0.75 Lw = 3.5 f LW = 1 N = 4 Lc = 1.8 f LC = 2.1 S = 70.9 km/h M = si f M = 0 P T = 6 % A = 10 f A = 6 E T = 1.5 P B = 2 % E B = 1.5 f HV = f p = 0.85 V p = veh/h/carril D = veh/km/carril 18 LOS = D 87

88 Parámetros y nivel de servicio con la mejora de la intersección para el año corriente. Noroeste a Sureste Año 2013 BFFS = 80 Km/h V = 3018 Veh/h PHF = 0.75 Lw = 3.5 f LW = 1 N = 4 Lc = 1.2 f LC = 3 S = 70 km/h M = si f M = 0 P T = 6 % A = 12 f A = 6 E T = 1.5 P B = 2 % E B = 1.5 f HV = f p = 0.85 V p = veh/h/carril D = veh/km/carril 18 LOS = D Parámetros y nivel de servicio con la mejora de la intersección proyectada a 10 años más. Sureste a Noroeste Año 2023 BFFS = 80 Km/h V = 3867 Veh/h PHF = 0.75 Lw = 3.5 f LW = 1 N = 4 Lc = 1.8 f LC = 2.1 S = 70.9 km/h M = si f M = 0 P T = 6 % A = 10 f A = 6 E T = 1.5 P B = 2 % E B = 1.5 f HV = f p = V p = veh/h/carril D = veh/km/carril 21 LOS = D 88

89 Parámetros y nivel de servicio con la mejora de la intersección proyectada a 10 años más. Noroeste a Sureste Año 2023 BFFS = 80 Km/h V = 3867 Veh/h PHF = 0.75 Lw = 3.5 f LW = 1 N = 4 Lc = 1.2 f LC = 3 S = 70 km/h M = si f M = 0 P T = 6 % A = 12 f A = 6 E T = 1.5 P B = 2 % E B = 1.5 f HV = f p = V p = veh/h/carril D = veh/km/carril 21 LOS = D Distancias de Visibilidad de Parada, D. De la tabla 11 - b obtenemos: Distancia de Visibilidad de Adelantamiento Por seguridad se prohíbe adelantar dentro de la intersección y unos 100 m antes así como en los 150 m después como indica la tabla de visibilidad de parada. 89

90 Diseño de la intersección a desnivel. Primeramente observamos el diseño actual de la intersección: Primera entrada a Las Colinas Figura 31: Tipo de intersección existente. Sus ejes centrales la clasifican como una intersección en T o de tres ramales a la cual se le aplicaría un diseño de paso a desnivel en forma de trompeta; pero este diseño requiere de un lazo que permita a los vehículos que vienen del noreste tomar dirección hacia el sureste, este lazo requiere de área considerable con la cual no se cuenta. 90

91 Analizando los puntos de conflicto se obtienen 15 con la configuración actual: Figura 32: Puntos de conflicto en la intersección actual. Los flujos más relevantes son los que se desplazan de noroeste a sur-este y viceversa; en estos sentidos encontramos 13 puntos de conflicto con mayor concentración en el sentido sur-este a noroeste, se debe buscar disminuir estos puntos con el paso a desnivel, cambiando de nivel este segmento se obtiene 8 puntos de conflicto menos: 91

92 Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 Figura 33: Cambios de nivel para los carriles y puntos de conflicto en el nuevo diseño. Si se utilizara el paso a desnivel en trompeta se reduciría solo un punto más por lo que la solución propuesta podía ser complementada con una opción de control en la intersección. Debido al variado transito que se da en esta intersección se propone un semáforo inteligente que permita la adaptación a las variaciones del flujo según la línea y tiempo. Según observaciones en el carril noroeste a sureste hay varios accesos en el borde derecho que como se sabe afectan la velocidad de ruedo según su densidad por kilómetro y disminuyen el nivel de servicio así como lo hace el tipo de división central; estos dos factores llevan a la idea de cambiar el nivel de los carriles centrales de este sentido para evitar: a) riesgo de accidente por los vehículos que hacen maniobras de giro, b) reducción de velocidad por obstrucciones y fricción vehicular, c) Asegurar el encauzamiento correcto de los vehículos que vayan en dirección sureste, noreste y suroeste. 92

93 La altura (Flecha) del túnel debe asegurar 4.5 m libres, para el paso de los vehículos de mayor envergadura, y un ancho (Luz) de 8.8 m mínimo incluyendo 2 carriles de 3.6 m una mediana de 0.5 m y separación del borde derecho (0.2 m) y bordillos (0.4 m). La selección propuesta para estas dimensiones es una tubería de flecha alta desplantada con cimentaciones para asegurar la altura de 4.5 m como mínima en su arco y con un ancho de m efectivos (distribuidos como se muestra en la página 99); la siguiente figura se asemeja a la propuesta descrita. Cimentación desplantada 4.5 Figura 34: Ejemplo de Tubería para pasos inferiores con cimentación desplantada sobre el nivel de rasante. Este túnel como se mencionó antes permitirá los giros sureste y noroeste; deberá colocarse un carril de aceleración para los vehículos que giran en sentido sureste viniendo del noreste y también para los que viajan en sentido noroeste y giran al noreste, así estos pueden integrarse al flujo del tránsito de paso. Sus longitudes están condicionadas a la distancia de visibilidad de parada para la velocidad de diseño tabla 11 - b y a la distancia de aceleración de la tabla

94 Así mismo se colocara un carril de desaceleración para los que viajan en sentido sureste y giran al noreste el cual debe medir 130 m mínimo y otro de 100 m para los que van del noreste hacia el noroeste, según la tabla

95 Figura 35: Ejes de los carriles de giro a la izquierda actuales. Se observa que los ejes para los carriles de maniobra de giro comienzan a divergir poco después del carril número 2 y terminando el carril numero 1 tienen una ancho de 21 m; lo cual es un túnel muy grande que no puede ser cubierto por una sola sección de flecha alta, debido a la trayectoria de los carriles no se puede utilizar dos secciones ya que estas deben ser líneas paralelas entre sí para que estas trabajen como anillos a compresión. Como soluciones a esta problemática se proponen: Cambio del sistema del túnel para cubrir mayores distancias de luz. Construir el túnel con tres baterías de tubería y obras falsas que formen un túnel en Y para la distribución de los vehículos. Utilización de un carril en voladizo para reducir la longitud del túnel y que no interfiera con los giros. Curvar los carriles de paso en sentido noroeste de manera que sus ejes se alejen hacia el noreste y exista más espacio entre el punto de intersección de los ejes de maniobra de giro y los carriles de paso. 95

96 Se selecciona el uso de un carril en voladizo, debido a que cambiar el alineamiento perjudicaría demasiado las propiedades colindantes. Y utilizar baterías extras con obras falsas disminuiría considerablemente la visibilidad para los conductores en la intersección y debido a que los túneles se intersectan es preferible permitir la visibilidad de los vehículos entrantes a las curvas para mayor seguridad. Cabe señalar que debido al tipo de diseño, la complejidad de la intersección y los datos disponibles fue necesario realizar la división de la intersección en alineamientos correspondientes a cada uno de los sentidos de flujo y usos de los carriles; de esta manera el programa permite la utilización de plantillas para estructurar individualmente cada alineamiento con sus componentes correspondientes. En el programa de AutoCAD Civil 3D definimos 7 ejes de alineamiento: 1) Carriles de paso en sentido noroeste. 2) Carriles de paso en sentido sureste. 3) Carril de paso en sentido sureste para realizar giros a la derecha. 4) Carril de giro a la izquierda en sentido noreste. 5) Carril de giro a la izquierda en sentido sureste. 6) Carril de giro a la derecha en sentido noreste. 7) Carril de giro a la derecha en sentido noroeste. 96

97 Figura 36: Esquema de alineamientos. El primer alineamiento, correspondiente a los carriles de paso hacia el noroeste, contendrá la estructura a desnivel con túnel, conformado por una batería de acero corrugado súper claro de flecha baja calibre 10 de espesor de 3.42 mm, flecha de 4.6 m y luz de 11.2 m levantada sobre un muro de cimentación con un desplante de 1 m. El relleno mínimo para la estructura es de 0.9 m suficiente para cubrir los 0.25 m de base y 0.4 m de sub-base, además se debe dejar un espacio para los 0.1 m de espesor de pavimento y las vigas que sostendrán el carril en voladizo. Al segundo alineamiento, carriles de paso al sureste, se modificara su rasante para crear un leve desnivel con respecto a los carriles de giro y al carril de paso sureste para giros a la derecha separándolos; esto asegura el encausamiento y resguardo de los vehículos de paso y de los que realizan maniobras de giro. El alineamiento número 3 no sufrirán cambios drásticos de rasante solo una modificación por las obras de drenaje y otras que se encuentran en medio de su nueva posición. 97

98 Los alineamientos 4 y 5, giros a la izquierda, tendrán un cambio en la rasante para que las elevaciones en los giros coincidan dentro del túnel; la señalización jugara un papel importante en estos alineamientos así como el semáforo inteligente para su control de flujo. En los alineamientos 6 y 7 se redefine la rasante por la ampliación de los carriles de giro. 6. Resultados. Tuberías de Acero Corrugado para pasos inferiores. La batería de acero corrugado resultante para la obra corresponde a las siguientes especificaciones. En el modelo de tres dimensiones la batería es representada en escala natural y sin sus muros de contención para una mayor visibilidad. 98

99 99

100 Planos del Diseño. El siguiente juego de planos contiene los resultados en cuanto al diseño geométrico y consiste de los datos y notas generales, las cantidades de movimiento de tierra y materiales (sub-base, base, pavimento y acera), las vistas en planta y perfil de cada uno de los alineamientos que en conjunto conforman la intersección, los detalles de la señalización recomendada y detalles de las obras complementarias como medianas y bulevares. Un detalle muy importante es considerar la restricción de la distancia existente entre la intersección objeto de estudio y las localidades habitadas en sus bordes y su predecesora la intersección conocida como entrada a Santo Domingo (Calle Vía Al Mirador). Esta limitante restringe ciertos aspectos del diseño geométrico; ya que clausurar la intersección sería muy perjudicial para el tránsito. Uno de los aspectos geométricos que se ven afectados es la normativa de no utilizar pendientes mayores de 3, 4, 5 y 6 por ciento, con velocidades de 110, 100, 80 y 60 kilómetros por hora respectivamente, cuando la separación de niveles sea de 7.5 metros o menos; en el caso de la distancia horizontal para realizar la separación de niveles. Otra afectación bastante usual es no cumplir el valor recomendado de K en las curvas verticales lo cual es peligroso por baja visibilidad para los conductores y la producción de un efecto de columpio o crestas pronunciadas. Sin embargo estos detalles son de esperarse en una intersección de tan poco espacio como esta y de mucho flujo vehicular; y para ello se debe implementar métodos de control del tránsito y prevención de accidentes. Como parte de las soluciones propuestas a estos detalles se recomienda la reducción de la velocidad de ruedo dentro del paso a desnivel a 60 km/h; esto lleva a detallar el servicio que presentaría el paso a desnivel en esta condición: 100

101 Sureste a Noroeste Año 2013 V = 3018 Veh/h PHF = 0.75 N = 4 S = 60 km/h P T = 6 % E T = 1.5 P B = 2 % E B = 1.5 f HV = f p = V p = veh/h/carril D = veh/km/carril LOS = D Sureste a Noroeste Año 2020 V = 3590 Veh/h PHF = 0.75 N = 4 S = 60 km/h P T = 6 % E T = 1.5 P B = 2 % E B = 1.5 f HV = f p = V p = veh/h/carril D = veh/km/carril LOS = D Observamos que este cambio reduce tres años la vida útil del proyecto esperada ya que a partir del 2021 el nivel de servicio alcanzado es del rango E. Sin embargo, hay que considerar que este cálculo es más una estimación ya que no podemos predecir con certeza el comportamiento de los conductores una vez finalizada la obra estos tienden a trasladarse a la velocidad que ellos estiman más cómoda la cual puede ser superior a la prevista; además, en dependencia de las modificaciones posteriores que se hicieran a las intersecciones anteriores o a la rotonda de galerías el nivel de servicio puede llegar a ser más eficiente del esperado. 101

102 01 Portada. 102

103 02 Notas Generales. 103

104 03 Secciones Típicas. 104

105 04 Planta Esquemática del Proyecto. 105

106 05 Tablas de Movimiento de Tierra. 106

107 06 Tablas de Movimiento de Tierra. 107

108 07 Tablas de Cantidad de Materiales. 108

109 08 Tablas de Cantidad de Materiales. 109

110 09 Tablas de Cantidad de Materiales. 110

111 10 Planta Perfil Alineamiento Noroeste. 111

112 11 Planta Perfil Alineamiento Sureste. 112

113 12 Planta Perfil Alineamiento Carril de Accesos Sureste. 113

114 13 Planta Perfil Alineamiento Giro a la Izquierda Noreste. 114

115 14 Planta Perfil Alineamiento Giro a la Izquierda Sureste. 115

116 15 Planta Perfil Alineamiento Giro a la Derecha Noreste. 116

117 16 Planta Perfil Alineamiento Giro a la Derecha Noroeste. 117

118 17 Detalles de señalización. 118

119 18 Detalles de señalización. 119

120 19 Detalles de señalización. 120

121 20 Detalles de Bulevares y Medianas. 121

122 21 Detalles de Bulevares y Medianas. 122

123 22 Detalle área de afectación por el proyecto. 123

124 Movimiento de tierra aproximado requerido en la obra. El cálculo aproximado del volumen de corte y relleno, obtenido mediante el software AutoCAD Civil 3D, que es necesario se ha presentado en los planos anteriores y es resumido en la tabla siguiente que también presenta las correcciones necesarias debido a la presencia del túnel del paso a desnivel, la caja puente y el carril que debe ser diseñado en voladizo para evitar interferencias en los carriles de giro a la izquierda. En los planos se muestran las tablas detalladas que son el resultado de los cálculos del programa utilizando la rasante del terreno actual, la nueva rasante de la obra según el diseño y los ensambles de las secciones constructivas que se especificaron para cada alineamiento y sus secciones. Reporte de Volumen Cum. Cut Vol. (Cu.M.) Cum. Fill Vol. (Cu.M.) Volumen de Túnel (Cu.M.) Carril en voladizo (Cu.M.) Volumen Caja puente (Cu.M.) 17, , , Tabla 25: Resumen de movimiento de tierra para la Intersección a desnivel Primera entrada a las Colinas. Nota: el volumen de corte real se debe recalcular con los diseños de la caja puente ya que estos determinaran la profundidad del canal y el relleno que estará sobre este. En cuanto al volumen real de relleno, según los datos actuales, es de 7, Cu.M. al descontar los volúmenes del túnel, el carril que trabajara con una estructura en voladizo y el volumen del canal que no se rellenara. 124

125 Estrategia Constructiva para el Paso a Desnivel en la Primera Entrada a Las Colinas. La estrategia constructiva contiene un resumen de las actividades básicas de la obra enumeradas y descritas en orden lógico; estas actividades se han agrupado en cuatro etapas según se relacionan entre si las actividades: la primera etapa son las actividades previas al inicio de las obras constructivas, la segunda etapa las actividades de preparación del terreno para el levantamiento de las obras, la tercera las actividades constructivas que resultaran con la obra final y la cuarta etapa las actividades para habilitar la obra para operar. Actividades: 1. Replanteo topográfico. Descripción: Es fundamental realizar el replanteo topográfico para identificar errores en el diseño o incongruencias de diferentes índoles que pueden haberse originado en procesos antes o después del diseño como cambios en el terreno. Dependiendo de sus resultados se podrá proceder en el proyecto. Es importante que las coordenadas sean tomadas de la modelación original con sus coordenadas reales y sin escala. Antes o durante este proceso se deben de gestionar los permisos necesarios y realizar las gestiones necesarias para tener derecho sin restricciones a las propiedades que se encuentran dentro del área de proyecto 2. Plantear y habilitar rutas alternas de tráfico. Descripción: Debido a que inevitablemente se construirá la intersección y su flujo de vehículos es tan alto se debe de señalizar y habilitar una ruta alterna; la cual debe de resultar de un adecuado estudio de las posibles rutas, como la calle Vía al Mirador y la 24 a Avenida Sureste. Adicionalmente se puede trabajar una banda a la vez, siendo sugerirle empezar por la banda sureste que requiere de menos volumen de movimiento de tierra lo cual una vez finalizada permitiría abrir al menos los carriles de paso en este sentido. 125

126 3. Remoción de estructuras y obstáculos. Descripción: Habiendo replanteo el área de proyecto y con acceso a las propiedades privadas se ha de remover los objetos y estructuras que obstaculizan el área de proyecto; algunos para su posterior reubicación. Parte de las estructuras que han de removerse es la carpeta actual de rodadura y sus elementos que se reemplazará; pero estas han de resolverse inmediatamente antes al inicio de las actividades de movimiento de tierra. Esta actividad sería la última de la primera etapa. 4. Excavación, excavación para estructuras y terraplenado. Descripción: Iniciando la segunda etapa, las actividades de movimiento de tierra; esto incluye la excavación en la vía, sobre excavaciones de presentarse, y la excavación para as fundaciones de los muros de contención y las bases de la tubería de acero corrugado. Se debe mejorar y compactar el suelo bajo las fundaciones si es requerido al 90% según AASTHO STD. Debido a las obras a desnivel es muy probable que se necesite construir terraplén para el uso de maquinaria, durante este proceso y para procesos posteriores. 5. Construcción de las fundaciones. Descripción: Con los apropiados diseños se han de levantar las fundaciones que transmitirán las cargas de las estructuras de contención y túnel al piso de forma adecuada; es de alta importancia mantener comunicación con el proveedor de la tubería de acero para diseñar adecuadamente las esperas para esta en la cimentación. 126

127 6. Relleno de las fundaciones. Descripción: Una vez levantadas las fundaciones se procede a rellenar las excavaciones de estas con el material adecuado y compactado adecuadamente. Esta es la actividad finaliza la segunda etapa. 7. Armado de las alcantarillas. Descripción: Procedimientos indicados en las instrucciones del armado de las alcantarillas proporcionado por FORMET, o la empresa proveedora según se haya seleccionado. Los procedimientos base son la colocación de las láminas, sus anillos de refuerzo y repello. 8. Construcción de muros de contención, inicio del relleno (Ver anexos página 142 a la 144), construcción de terraplenes adicionales y construcción de estructura del carril en voladizo. Descripción: Estas actividades pueden hacerse en paralelo al armado de la alcantarilla, sin obstruir a esta misma; no es aconsejable el uso de un muro de gravedad debido a sus dimensiones que tienden a ser muy grandes (Ver figura 37, página 128). En el caso del paso a desnivel los muros deben poseer defensas metálicas flexbeam (Ver figura 38, página 128), por seguridad de los conductores y para los carriles de paso elevados con sentido sureste se debe instalar barreras de concreto (Ver figura 39, página 129). Según vaya avanzando la construcción de los muros se puede ir rellenando de acuerdo a las especificaciones respectivas que determinan grosor de las capas de relleno, nivel de compactación, variación de niveles permitida, equipo utilizable, etc. En el caso que sea necesario se puede utilizar terraplenes que no se habían construido para los trabajos a desnivel. 127

128 Finalizado el armado de la tubería de acero corrugado, la construcción de los muros y el relleno es posible construir la estructura de soporte para el carril de paso en sentido Noroeste que se encontrara en voladizo. Se recomienda un sistema de como el que se muestra en la figura 40 en la página 129. Figura 37: Ejemplo de Muros de contención compatibles con el proyecto. Figura 38: Ejemplo de uso de defensas metálicas en Pasos a desnivel. 128

129 Figura 39: Ejemplo de uso de barreras de concreto como defensa y drenaje. Figura 40: Ejemplo de estructura de carril en voladizo empotrado en muro 129

130 9. Elaboración de las capas de subrasante, rasante y carpeta de rodadura. Descripción: Finalizando la tercera etapa la elaboración de las capas de subrasante seguida de la rasante y finalmente la carpeta de rodadura sus especificaciones se muestran en los anexos página 135 según información del MTI. 10. Instalación de equipos de control de tráfico. Descripción: La cuarta etapa comprende las obras de habilitación empezando por los sistemas de control de tráfico; previamente durante la construcción de la capa de rodadura se han de haber instalado los sensores del semáforo inteligente, y en las obras anteriores se han de haber dejado los espacios necesarios para el cableado. El panel de control puede ser ubicado en cualquiera de los bulevares dentro de la intersección. Además del sistema electrónico de control esta la instalación de las señales verticales y horizontales, según se sugiere en los planos. Recordemos que el control de tráfico no solo incluye las señalizaciones reglamentarias y preventivas sino también las informativas. 11. Obras complementarias. Descripción: Construcción de las obras complementarias como los bordillos, losas de aproximación, bulevares medianas, pasos peatonales, etc. 12. Limpieza final. Descripción: Limpieza final de la obra para su entrega y posterior apertura. 130

131 7. Conclusiones. El diseño geométrico para la intersección resulta en los cambios de niveles de los carriles de paso para dar mayor libertada de tránsito a estos y a la vez separarlos de los carriles en los que se realizan maniobras de giro los cuales al mezclarse disminuyen la agilidad del flujo vehicular y representan una potencial causa de accidentes; el cambio de nivel a su vez hace necesaria una longitud de ruedo para el desarrollo de la velocidad en los carriles de giro que se integran a los de paso, por lo que se colocan carriles de aceleración en estos. El diseño es realizado para más de 240 m en la vía de aproximación Sureste y para más de 220 m en la vía de aproximación Noroeste. El cálculo del movimiento de tierra arroja aproximadamente17,891 m 3 de corte y 7,594 m 3 de relleno, según el diseño y los datos que se poseen actualmente ya que los diseños específicos de las obras de drenaje no han sido realizados al igual que otros diseños cuyo volumen real debe ser remplazado en la tabla 25 y descontado apropiadamente. Los volúmenes que ocupan la sub-base, base y pavimento pueden encontrarse en las tablas de cantidad de materiales. Se realizo una estrategia constructiva que abarca todos los procedimientos necesarios según el diseño propuesto y que puede ser adaptada fácilmente para la realización de actividades en paralelo ya que estas fueron dispuestas en un orden que agrupa las actividades relacionadas. Habiendo concluido el diseño han de reconocerse los puntos en los que se encontraron dificultades y limitaciones en base a las regulaciones normales a fin de facilitar la propuesta de soluciones y el análisis de aquellas que se plantean en el documento. 131

132 Primeramente, debido a las restricciones en dimensiones por la proximidad de locales los bordes de la carretera y la distancia aproximada de 300 metros a la siguiente intersección, el carril de aceleración en sentido sureste y la longitud de desarrollo de la elevación a la entrada y salida en el paso a desnivel en sentido Noroeste son acortadas de sus respectivas dimensiones sugeridas de 195 m y 300 m con pendientes de 5% respectivamente a 152 m, 95 m con pendientes 7.8 % y 175 m con pendiente de 8.3%. En el caso del carril de aceleración los problemas son reducidos debido a la longitud adicional de la curva de giro y la longitud de integración del carril al carril de paso lo cual supera los 200 m y aportan aceleración al vehículo. La longitud de desarrollo a la entrada es peligrosamente baja respecto a la recomendada por lo cual se ha de señalizar adecuadamente indicando una reducción de la velocidad de ruedo a 60km/h para disminuir los efectos de columpio por las curvas verticales y advertir este efecto mediante señalización, el hecho que la pendiente sea positiva ayuda a que los conductores disminuyan la velocidad, para la longitud de desarrollo a la salida las mismas señales aplican para advertir a los conductores añadiendo la advertencia del tránsito entrante por el carril de aceleración en el borde derecho, el cual ha sido diseñado lo más largo posible para minimizar los roces y prevenir accidentes vehiculares. Los volúmenes de relleno aun corregidos son altos debido al cambio brusco de nivel que existe en el terreno natural de la intersección, la altura necesaria para el vehículo de diseño y el ancho del túnel del puente y además el carril de aceleración en sentido noroeste debe aumentarse su nivel a fin de que pueda acoplarse al nivel de los nuevos carriles de paso. Otro punto importante de mencionar referente al paso a desnivel es que a pesar de que el diseño fue adaptado lo mayormente posible para respetar las propiedades colindantes gran parte de estas se verán afectadas y deberá buscarse la forma de tener acceso y derecho sobre estas. 132

133 Los pasos peatonales y las bahías de buses deben ser reubicados; en el caso del puente peatonal se propone la ubicación de dos nuevos puentes peatonales uno antes y otro después de la intersección, pero para el caso de la bahía de bus no se propone una ubicación ya que dentro de la intersección no se visualizó una ubicación adecuada sin embargo ha de reubicarse en las proximidades. Es probable que una vez se tenga derecho sobre las propiedades colindantes se encuentre una posible ubicación o se traslade más adelante. 8. Recomendaciones Debido a lo extenso de la obra hay muchos trabajos que hacen falta para complementar el documento y que se sugieren como tema para futuros trabajos. Estudio de impacto ambiental. Diseño de cimentaciones y muros de contención. Presupuesto de la obra. Variante de propuesta de diseño con una caja puente. Diseño de las obras de drenaje. Estudio de control de tráfico para la intersección. Rediseño de la intersección Entrada a Santo Domingo compatible con el proyecto. Una vez complementado el documento con los trabajos sugeridos y otros se debe realizar las correcciones en este que arrojen como resultado los otros trabajos; como por ejemplo el cálculo de materiales y volumen de movimiento de tierra, los detalles de señalización, ubicación de obras de drenaje, etc. Los problemas de transporte no pueden ser solucionados en su totalidad por los rediseños y aperturas de nuevas carreteras; debido a que la tendencia de crecimiento de la flota vehicular siempre llega a superar los límites de los diseños. La verdadera solución para la problemática es el desarrollo de los transportes 133

134 colectivos y alternativos; los buses, trenes, trolebuses y bicicletas son algunos de los medios de transporte que se deben fomentar en todo el mundo. 9. Bibliografía Mayor, R. C. (1966). Ingeniería de tránsito: Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Facultad de Ingenieria. Holland, L., & Mercier, K. (2012). Mastering AutoCAD Civil 3D 2013: Wiley. Hudiel, S. N. (2008). Folleto topografia II. Managua. Leclair, R. (2001). Manual Centroamericano de normas para el diseño geométrico de las carreteras regionales (P. S. o. t. G. T. f. C. A. E. Integration Ed.): Secretaría de Integración Económica Centroamericana (SIECA). Moncada, R. (2013). Urgen semáforos inteligentes. La Prensa. Ortiz, D., & Roberto, M. (2000). Manual Centroamericano de Dispositivos Uniformes para el Control del Tránsito: Secretaría de Integración Económica Centroamericana (SIECA). Rafael Cal y Mayor R, J. C. G. (2007). Ingenieria de Transito (Alfaomega Ed. 8 ed.). 134

135 10. Anexos TABLAS PROPORCIONADAS POR EL MINISTERIO DE TRANSPORTE E INFRAESTRICTURA. DISEÑO Y MEJORAS EN LA CIRCULACIÒN EN LA C. MASAYA, TRAMO ROTONDA JEAN PAUL GENIE - ROTONDA TICUANTEPE (LONG. 7,5 Km) SUB TRAMO: Trabajos de Obras de Construcción, Tramo a Estructura de Pavimento 2,1,2 Corte 2,1,3 Escarificación y Compactación 2,1,4 Sub-Base estabilizada con suelo cemento (2,5 bolsas / m3) t= 0,40 m 2,1,5 Base de material granular, t= 0,25m 2,1,6 Carpeta de rodamiento MAC, t=0,10m 2,1,7 Señalización vial 2.2 Obras de Drenaje 2,2,1 Construcción de Cunetas en V 2,2,2 Construcción de Tragantes pluviales 2,2,3 Construcción de pozos de visita 2,2,4 Construcción de Cunetas en L 2,2,5 Excavación para estructuras 2,2,6 Material de Lecho de Tubería Clase "B" 2,2,7 Material para el Relleno de Alcantarillas 2,2,8 Construcción de alcantarillas de 30" 2,2,9 Construcción de alcantarillas de 36" 2,2,10 2,2,11 Construcción de caja puente(incluye excavación, lecho, conformación, acero, formaleta, Concretos y rellenos) Obras de mamposterías clase A (para cabezales bajantes, tragantes y vados) 135

136 CODIGO NIC EST TIPO NOMBRE DEL TRAMO Departamento PKm Inicial PKm Final Long Kms Pkm Ubic Tipo de Superficie Clasificación Funcional NIC ECD Rotonda Jean P. Genie - 1ra. Ent. Las Colinas Managua Asfalto Troncal Principal Volumen horario = 3,018 Veh/h en el año 2013 El factor pico horario (PHF) 0.75 EMC: 401 Tasa de Crecimiento: 2.51% Año Motos Autos Jeep Cmta. McBus <15 pas. MnBus s. Bus Liv. 2-5 Ton C2 5 + Ton C3 Tx- Sx <= 4e Tx- Sx >= 5e Cx- Rx <= 4e Cx- Rx >= 5e V.A V.C Otros TPDA , , , ,

137 INFORMACIÓN DE FORMET S.A. 137

138 138

139 CIMENTACIONES DE LA TUBERIA DE ACERO CORRUGADO. 139

140 140

141 ARMADO DE LA TUBERIA DE ACERO CORRUGADO. 141

142 142

143 DETALLES DEL RELLENO PARA LA TUBERIA DE ACERO CORRUGADO. 143

144 144

145 RECOMENDACIONES. 145

146 UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA Tesis para Obtener el Título de Ingeniero Civil Propuesta de Diseño Geométrico Vial para un Paso a Desnivel con Tuberías de Acero Corrugado para pasos inferiores, Ubicado en la primera entrada a Las Colinas, Carretera a Masaya Autor: Milton Guillermo Camacho II Ramírez Tutor: Ing. Jean Carlos Gutiérrez Gutiérrez FECHA

147 NOTAS GENERALES OBJETO DE LOS PLANOS Y ESPECIFICACIONES. Actualmente el Ministerio de Transporte e Infraestructura (MTI) se encuentra en el desarrollo del proyecto de Ampliaci n de la Carretera Masaya; como parte de la segunda etapa se tiene planificado que se construir n dos pasos a desnivel en la carretera, uno ubicado en la primera entrada a Las Colinas y el otro en la entrada a Ticuantepe. Con el fin de apoyar el progreso del país, el beneficio de los transe ntes de la carretera y la e ecuci n de este proyecto, que reducir el tiempo de traslado para ingresar y salir de Managua, se ha decidido realizar una propuesta desnivel ubicado en la primera entrada a Las Colinas como forma de culminaci n de estudios, para obtener el grado de Ingeniero Civil. EL carril del borde izquierdo en sentido Noroeste no descansara sobre el relleno del t nel sino que debe ser diseñado en voladizo soportado por vigas o cercas especiales que pueden formar parte de los muros de contencion del relleno. La rasante actual ser modificada en la mayoria de los tramos ya sea por el desnivel o la ampliacion de los carriles. Algunas dimensiones de carriles, longitud de tramos, pendientes y radios de giro se ven condicionados al espacio existente entre esta intersecci n y otras existentes sobre la misma PUNTOS DE CONFLICTO VEHICULAR EN LA INTERSECCION ACTUAL UBICACIÓN DE LA OBRA. La obra inicia en la estaci n km de la Carretera a Masaya y termina en la estaci n ; abarcando metros de e enci n lineal, sin contar los giros, que contienen la intersecci n conocida como la Primera entrada a las Colinas. Este tramo est actualmente pavimentado y es una intersecci n tipo ''T'' con control mediante sem foros, su transito es en sentidos Noroeste, Sureste y Noroeste. En este sector se vislumbra un crecimiento urbano importante. DESCRIPCIÓN DE LA OBRA. Se trata de la propuesta de diseño geométrico del paso a desnivel y al menos 200 metros de cada una de sus vías de apro imaci n que servir de acceso al sector residencial "Las Colinas" y brindara un mayor nivel de servicio a la carretera agilizando el flujo del trafico con soluciones modernas. El diseño actual de la intersecci n restringe el flujo vehicular debido a que todos los sentidos est n controlados por el sem foro y los carriles de giro se interceptan con los carriles de paso en m ltiples puntos los cuales son considerados punto de conflicto. El nueva diseño busca minimizar al m imo estos puntos de conflicto separando los niveles de los carriles de paso y controlando nicamente los carriles de entrada y salida del acceso a Las colinas por sem foro. adem s se separan los carriles de giro a la derecha de los de paso aumentando así la cantidad de carriles de paso en sentido Noroeste y de igual forma el carril del borde derecho en sentido Sureste es aislado en la intersecci n de los de paso para que los vehículos que har n maniobra de giro no retrasen a los que van de paso.la pendiente transversal en cada carril es solamente hacia un lado, siendo no mayor del 2.4%. carretera. SISTEMAS DE MEDIDAS. Los planos y especificaciones emplean el sistema internacional de medidas, excepto en lo referente a di metros de tubos, varillas de hierro, espesores de l minas que se expresan en pulgadas. Sin embargo, normalmente se expresa el equivalente en el sistema internacional de medidas. ERRORES Y OMISIONES EN LOS PLANOS. Estos planos han sido preparados con poco tiempo para desarrollarlos; por a la obtenci n tardía de los datos topogr ficos, y debido a la presentaci n a la que est n destinados requieren de un numero alto de planos de detalle aumentando la cantidad de trabajo. también, se debe tomar en cuenta las limitaciones de software y computo a las que la economía personal restringe. En caso de que se encuentren informaci n incompleta o inexacta, o errores de tipo gr fico, los planos deben ser refinados en detalles así como complementados por las partes estructurales, hidr ulicas y ambientales para su correcta utilizaci n en el caso que se decida tomar la iniciativa base para su desarrollo. Se los giros a la izquierda y a la derecha cuentan con sus respectivos carriles de aceleraci n y desaceleraci n seg n sea el caso del carril al que se acoplara (si es de mayor velocidad o menor). VARIACIÓN EN LAS CANTIDADES ESTIMADAS. Algunas cantidades estimadas de obra, pueden variar en la medida en que se afinen los diseños, sobre todo en lo referente al puente. debido a que los vol menes de relleno no Para el manejo del agua pluvial sobre la futura vía se har uso de bordillos de concreto en las islas y en los costados de los carriles a lo largo del puente a desnivel; en el caso del desnivel en sentido Sureste se utilizaran barreras de concreto como protecci n y para el manejo del flujo de agua pluvial. El agua pluvial sera bombeada a canales paralelos a la pista que la conducir n los drena es adecuados ue se encuentran el sitio como el canal lateral de la estaci n. Los sentidos Sureste y Noroeste estar n separados por una isla de 3.45 metros de ancho. Esta isla servir para ubicar los postes del alumbrado eléctrico y reas verdes, y servir para acondicionar los refugios para los giros a la izquierda. En un tramo de esta isla se deber construir un subdrén para recoger el agua que pueda infiltrarse a través de la tierra y llegar hasta un estrato de suelo susceptible a la acci n del agua. Este subdrén debería destinarse para la recarga del acuífero. consideran la existencia de la caja puente y el t nel de tubería corrugada cuyas dimensiones volumétricas son presentadas por separado en el resumen de los movimientos de tierra. CRITERIOS DE DISEÑO. La velocidad de diseño de la carretera a Masaya es de 80 km/h, por ende los carriles de paso deben de se diseñados para esta velocidad y los carriles de desaceleraci n tendr n como velocidad de entrada esta misma y los carriles de aceleraci n la tendr n como velocidad final. Para el caso de los carriles de giro a la derecha su velocidad de diseño es considerada de 40 km/h y en los carriles de giro a la izquierda la velocidad de diseño es de 10 km/h esto es debido a que los carriles contaran con un sistema de control mediante sem foros los cuales detendr n VEHICULO DE DISE O Tanto en el costado Sur como el Norte se construir n andenes peatonales de concreto, de dimensiones variables como puentes peatonales cuya ubicaci n es propuesta en los planos y deben ser colocados donde mas apropiado resulte en campo y sea posible. Cuando los andenes se construyen en terreno firme, ser n de concreto simple con un ancho mínimo de 1.20m. Cuando se colocan a manera de tapa sobre el canal existente, su ancho dependiendo del ancho del canal. En este caso los andenes son de concreto reforzado. En la ubicaci n de la caja puente se debe hacer obras adicionales para soportar los carriles y dem s partes de la nueva vía que pasan sobre esta; la construcci n de un puente de vigas de acero o concreto con losa de concreto como superficie de rodamiento colado en sitio, podría ser una soluci n apta. Con relaci n a las obras para la construcci n del pavimento, de manera general se trata de excavar en el terreno actual la profundidad necesaria para luego colocar las capas de subbase estabilizada con suelo cemento de 40 cm de espesor y base granular de 25 cm y sobre esta ltima una carpeta de rodamiento MAC de 10 cm de espesor. El acabado es antiderrapante. en el caso de los tramos a desnivel se har este mismo procedimiento sobre una capa de relleno de material selecto cuyas características deben ser especificadas por un especialista. El material de relleno debe ser colocado en capas de 20 cm de espesor con no mas de 5 cm de diferencia de nivel y compactado; la compactaci n del material sobre la corona debe hacerse con equipo liviano hasta alcanzar la altura de terraplén mínima de 0.9 m, luego se puede utilizar equipo convencional. la marcha ocasionalmente para estos carriles. estas velocidades menos de 80 km/h son las consideradas velocidad inicial para sus carriles de aceleraci n y final para los de desaceleraci n. Debido a las gasolineras ubicadas en la entrada a las colinas tanto las rampas de acceso como el t nel y dem s partes del paso a desnivel deben estar diseñados para un WB-20 de 22.5 m de longitud y 4.1 m de altura. estas dimensiones de vehículo de diseño est n muy por encima de los m de longitud y m de altura ue posee un cami n cisterna de combustible com n. Seg n la densidad vehicular promedio actual de la carretera de 21.6 veh/km/carril; la intersecci n esta cercana a un nivel de serviciabilidad E como podemos observar en la gr fica de velocidad-flujo lo que indica condiciones de flujo inestable y la necesidad de un mejoramiento vial para alcanzar nuevamente un nivel de servicio entre C y D preferiblemente C y como mínimo D. Seg n an lisis dentro de 2 años m s se alcanzara el nivel de servicio E y en 10 años después de eso se superara el límite para dicho nivel de servicio pasando al nivel F. Debido al nivel de servicio actual se debe considerar dentro del diseño de la intersecci n la adici n de un carril extra, o la separaci n de los carriles de paso para disminuir la densidad del flujo en ambos sentidos aumentando el nivel de servicio y asegurando este durante la vida til del paso a desnivel m. GALVANIZADO HS m m m B 260 RADIO DE GIRO MIN DIMENSIONES EN CENTIMETROS 1409 MIN La estructura del tunel consistira en muros de cimentacion con un desplante de 1 m, sobre los cuales se ensamblaran las laminas de la tuberia corrugada con una flecha de 3.5 m y una luz de m; asegurando una altura minima de 4.5 m en los bordes derechos de los carriles de giro. Sobre la corona de la tuberia y hasta la rasante estan destinados 1.22 m para terraplen, base, subbase, vigas y pavimento. REPUBLICA DE NICARAGUA UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGIA Y AMBIENTE PROYECTO: Propuesta de Diseño Geométrico Vial para un Paso a Desnivel con Tuberías de Acero Corrugado para pasos inferiores, Ubicado en la primera entrada a Las Colinas, Carretera a Masaya CONTENIDO: ESCALA: NOTAS GENERALES INDICADAS DISE O: MILTON CAMACHO II FECHA: NOVIEMBRE 2013 DIBUJO: MILTON CAMACHO II FECHA: NOVIEMBRE 2013 TUTOR: JEAN CARLOS GUTIERREZ FECHA: NOVIEMBRE 2013 HOJA: 2 DE: 22

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161 CAJA PUENTE

162 PUENTE PEATONAL PUENTE PEATONAL R-3-13 y P-5-9 R-16-1 R-16-1 R Caseta de buses a reubicar Puente peatonal a reubicar PUENTE PEATONAL R R Mediana # R-2-11 y R R-3-13 y P R R-16-5b R-2-11 y R Muros de contenci n P P P-1-13 y P P-1-13 y P R-3-13 Isla # 3. P-3-3 y P-5-9 R-3-11a P-2-5 Isla # R-1-2 P-7-32 y P P-7-32 y P P R-13-1 y R R-13-1 y R-2-1 Mediana # R-7-8a REPUBLICA DE NICARAGUA UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGIA Y AMBIENTE PROYECTO: Propuesta de Diseño Geométrico Vial para un Paso a Desnivel con Tuberías de Acero Corrugado para pasos inferiores, Ubicado en la primera entrada a Las Colinas, Carretera a Masaya CONTENIDO: SE ALI ACI N DEL PRO ECTO ESCALA: INDICADAS DISE O: MILTON CAMACHO II FECHA: NOVIEMBRE 2013 DIBUJO: MILTON CAMACHO II FECHA: NOVIEMBRE 2013 TUTOR: JEAN CARLOS GUTIERREZ FECHA: NOVIEMBRE 2013 HOJA: 17 DE: 22

163 R-1-2 R-2-1 R-2-11 R-3-11a R-11-8 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI GIRO DERECHA NORESTE X ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL DE PASO NOROESTE X X ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL DE PASO NOROESTE X X ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI GIRO IZQUIERDA SURESTE X ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL PARA ACCESOS SURESTE GIRO DERECHA NOROESTE CARRIL DE PASO NOROESTE X X X R-3-13 R-7-8a R R-11-6 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI GIRO IZQUIERDA SURESTE GIRO IZQUIERDA NORESTE X X ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL DE PASO NORESTE X ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL PARA ACCESOS SURESTE CARRIL PARA ACCESOS SURESTE CARRIL PARA ACCESOS SURESTE CARRIL PARA ACCESOS SURESTE CARRIL PARA ACCESOS SURESTE X X X X X ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL PARA ACCESOS SURESTE CARRIL PARA ACCESOS SURESTE CARRIL DE PASO NOROESTE X X X P-1-9 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI GIRO IZQUIERDA 4 m X SURESTE GIRO IZQUIERDA 4 m X NORESTE P-1-10 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI GIRO DERECHA X NOROESTE GIRO IZQUIERDA X SURESTE P-1-13 y P-1-14 ESTACIÓN BD ALINEAMIENTO BI GIRO IZQUIERDA X SURESTE GIRO IZQUIERDA X NORESTE P-2-3 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI GIRO IZQUIERDA X NORESTE R-11-8 R-13-1 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL PARA ACCESOS SURESTE CARRIL PARA ACCESOS SURESTE CARRIL DE PASO NOROESTE X X X ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL DE PASO NOROESTE X X R-13-3 R-13-5 P-2-5 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL DE PASO X NOROESTE P-3-3 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI GIRO IZQUIERDA X NOROESTE GIRO IZQUIERDA X SURESTE P-4-1 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL DE PASO X NOROESTE CARRIL DE PASO X SURESTE P-4-3 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL DE PASO X NOROESTE CARRIL DE PASO X SURESTE ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL DE PASO NOROESTE X X ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI GIRO DERECHA NOROESTE X P-5-9 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI R-16-1 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL PARA ACCESOS SURESTE CARRIL DE PASO SURESTE CARRIL DE PASO NOROESTE X X X X R-11-8 ALINEAMIENTO ESTACIÓN BD BI CARRIL PARA ACCESOS SURESTE CARRIL DE PASO SURESTE CARRIL DE PASO NOROESTE X X X X GIRO IZQUIERDA SURESTE GIRO IZQUIERDA NORESTE X X P-7-32 y P-7-33 ESTACIÓN BD ALINEAMIENTO BI CARRIL DE PASO X X NOROESTE REPUBLICA DE NICARAGUA UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGIA Y AMBIENTE PROYECTO: Propuesta de Diseño Geométrico Vial para un Paso a Desnivel con Tuberías de Acero Corrugado para pasos inferiores, Ubicado en la primera entrada a Las Colinas, Carretera a Masaya CONTENIDO: ESCALA: DETALLE DE SE ALI ACI N INDICADAS DISE O: MILTON CAMACHO II FECHA: NOVIEMBRE 2013 DIBUJO: MILTON CAMACHO II FECHA: NOVIEMBRE 2013 TUTOR: JEAN CARLOS GUTIERREZ FECHA: NOVIEMBRE 2013 HOJA: 18 DE: 22

164 NOTA PARA ALGUNAS SEÑALES LO MAS ADECUADO SERIA COLOCARLAS EN ARMAZONES ELEVADAS DE MULTICARRIL ASI COMO LAS SEÑALES INFORMATIVAS DETALLES PARA DEMARCACION EN EL PAVIMENTO 2.00 MINIMO 0.60M DESEABLE 0.30M MINIMO 2.10M COMO MINIMO 1.20 M CM DETALLE "A" COLOCACION DE SE AL EN CALLE UR ANA CON ACERA SIN ESCALA SE AL TIPO 0.60 Paral de tubo o lamina troquelada FIJACION DE SE AL EN PARAL SIN ESCALA 0.30 Empotrar en concreto (3000 PSI) de 60x30 cms COLOCACION DE PARAL ESCALA: 1/20 REPUBLICA DE NICARAGUA UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGIA Y AMBIENTE PROYECTO: Propuesta de Diseño Geométrico Vial para un Paso a Desnivel con Tuberías de Acero Corrugado para pasos inferiores, Ubicado en la primera entrada a Las Colinas, Carretera a Masaya CONTENIDO: DETALLE DE SE ALI ACIONES ESCALA: INDICADAS DISE O: MILTON CAMACHO II FECHA: NOVIEMBRE 2013 DIBUJO: MILTON CAMACHO II FECHA: NOVIEMBRE 2013 TUTOR: JEAN CARLOS GUTIERREZ FECHA: NOVIEMBRE 2013 HOJA: 19 DE: 22