DISEÑO GEOMÉTRICOS DE OBRAS

DISEÑO GEOMÉTRICOS DE OBRAS (CLIP Windows) ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE GEODESIA, CARTOGRAFÍA Y TOPOGRAFÍA Departamento de Ingeniería Cartográfica, Geodesia y Fotogrametría. UPV Profesor: Jesús Olivares Belinchón

1.1 INTRODUCCIÓN El fin del diseño de una obra es plasmar su definición en un proyecto a partir del cual se ejecutará en el terreno. En concreto, cuando estamos proyectando una carretera, el diseño geométrico es la parte más importante del proyecto, ya que tal y como se indica en la Norma 3.1. de Trazado de la Instrucción de Carreteras de diciembre de 1999...deberá lograrse una homogeneidad de características geométricas tal que induzca al conductor a circular sin excesivas fluctuaciones de velocidad, en condiciones de seguridad y comodidad. La seguridad vial es la premisa básica en todo diseño. La comodidad se incrementará reduciendo las fluctuaciones de velocidad, por lo que debe ajustarse la geometría de los diferentes elementos del trazado. En la Norma 3.1.-I.C. se describen diferentes tipos de proyectos de carreteras: Proyectos de nuevo trazado: Son aquellos cuya finalidad es la definición de una vía de comunicación no existente o la modificación funcional de una en servicio, con trazado independiente, que permita mantenerla con un nivel de servicio adecuado. Proyectos de duplicación de calzada: Son aquellos cuya finalidad es la transformación de una carretera de calzada única en otra de calzadas separadas, mediante la construcción de una nueva calzada, generalmente muy cercana y aproximadamente paralela a la existente. Estos proyectos suelen incluir modificaciones locales del trazado existente, supresión de cruces a nivel, reordenación de accesos, y en general las modificaciones precisas para alcanzar las características de autovía o autopista. Proyectos de acondicionamiento: Son aquellos cuya finalidad es la modificación de las características geométricas de la carretera existente, con actuaciones tendentes a mejorar los tiempos de recorrido, el nivel de servicio y la seguridad de la circulación.

Proyectos de mejoras locales: Son aquellos cuya finalidad es la adecuación de la carretera por necesidades funcionales y de seguridad de la misma, modificando las características geométricas de elementos aislados de ésta. En ésta asignatura vamos a abordar el diseño geométrico que tiene como finalidad el proyecto de un nuevo trazado, ya que es el caso más general y que aglutina todas las fases del diseño. En lo referente al Trazado de una obra lineal debemos indicar que éste es una superficie tridimensional, que debe insertarse en un espacio o terreno también tridimensional, de lo que resultará un modelo matemático tridimensional. Para simplificar su estudio y dado que las obras lineales tienen un predominio de la dimensión longitud frente a la dimensión transversal, se hace un estudio bidimensional prescindiendo de una de las dimensiones. Por esto lo habitual es dividir el trazado en tres partes: -Trazado en Planta: si no tenemos en cuenta la dimensión vertical (cota), obtendremos la obra proyectada en planta. -Trazado en Alzado: si tomamos la dimensión de longitud junto con la cota. Obtenemos secciones o perfiles longitudinales. -Sección Transversal: al realizar secciones normales al eje longitudinal. Así obtenemos los perfiles transversales. Aunque se realice esta simplificación debe de existir una coordinación entre las tres partes, ya que en su conjunto definen la geometría en tres dimensiones. El procedimiento habitual del diseño es hacer en primer lugar el diseño en planta, pasando a estudiar a continuación su perfil longitudinal con rasante, prestando especial importancia a la cota roja. Todo ello sin dejar de lado la sección transversal. Todo esto implica que el proceso de diseño es un trabajo iterativo, hasta encontrar el diseño óptimo.

Este trabajo iterativo es muy asequible con los actuales programas de diseño de carreteras. En ésta asignatura en concreto se desarrollará con el programa CLIP que, como veremos, cualquier modificación en la geometría de una de las partes en que subdividimos el trazado se actualiza automáticamente en el resto, por lo que podemos decir que estamos diseñando nuestra obra directamente en tres dimensiones, aunque a efectos prácticos la visualicemos de forma tradicional. Además, este programa tiene la ventaja de estar desarrollado íntegramente en nuestro país y por tanto se ajusta a nuestra Norma de Carreteras. Nunca debemos olvidar que para utilizar estas herramientas informáticas debemos tener un conocimiento detallado de todo el proceso de diseño, donde el programa informático lo único que hace es acelerar considerablemente todos nuestros cálculos, que no es poco. Pensemos en lo que supondría hacer iteraciones del diseño inicial sin esta herramienta. Hay que hacer otra consideración importantísima. Para poder desarrollar el diseño con un programa informático es imprescindible disponer de la definición del terreno en formato digital. Esto se traduce en la necesidad de partir de una Cartografía digital, sobre la cual diseñaremos nuestra obra, resolviendo así el modelo matemático en tres dimensiones. Mención a parte merece la necesidad de disponer de la Cartografía con un buen Modelo Digital del Terreno, ya que la precisión y fiabilidad de los datos obtenidos en nuestro proyecto dependerán directamente de que el MDT se ajuste a la realidad del terreno de actuación. Sin estas premisas, el diseño del trazado puede ser un trabajo complejo que no se ajuste nada a la realidad, con todo lo que esto supone a la hora de ejecutar el proyecto.

1.2. VEHÍCULOS TIPO Dada la gran diversidad de características de los vehículos existentes, es necesario elegir para el proyecto de una carretera o de sus elementos auxiliares determinados vehículos tipo a los que se considera representativos del conjunto de usuarios de la vía. Se eligen estos vehículos de modo que si los elementos de la vía son adecuados para ellos, lo sean también para la inmensa mayoría de los de su clase. Sus dimensiones, radios de giro, etc., son superados únicamente por un pequeño porcentaje de vehículos de su grupo. Habitualmente suelen elegirse como vehículos tipo los siguientes: - un vehículo ligero de 5 m de longitud y 2 m de anchura - un vehículo pesado rígido de 10 m de largo y 2.5 m de ancho - un vehículo articulado de 18 m de longitud y 2.5 m de anchura. Normalmente los vehículos más grandes exigirán mayor espacio y encarecerán la construcción de las carreteras. Por ello será necesario adaptar la geometría y el trazado a vehículos tipo que representan vehículos que se presenten con determinada frecuencia. Por ejemplo, en zonas residenciales será suficiente utilizar el coche tipo, ya que el número de camiones que utilicen las calles será muy reducido. En carreteras será necesario considerar los camiones. En carreteras locales será suficiente con tener en cuenta el vehículo comercial rígido, ya que los grandes vehículos articulados utilizan poco estos caminos. Por el contrario, en los itinerarios principales y en autopistas será preciso tener en cuenta los vehículos articulados de mayores dimensiones.

En algunas situaciones, el tener en cuenta únicamente los vehículos tipo puede representar un dimensionamiento excesivo, que luego no se aprovecha completamente. Un ejemplo típico son las áreas de estacionamiento, donde si se dimensionan todas las celdas para los vehículos mayores, quedará una gran cantidad de espacio desaprovechado. En casos como éstos, interesará estudiar detalladamente las características de los vehículos más comunes para adaptarse a ellos lo más exactamente posible. 1.3. PROCESO DE CONDUCCIÓN El concepto básico a utilizar es el llamado Tiempo total de Percepción y Reacción, que es la suma de la siguientes etapas: - Recepción de la información. - Interpretación de la situación exterior. - Toma de decisión. - Accionamiento del mando necesario. La vigente Instrucción de Carreteras Española adopta el valor de 2 segundos de tiempo de Percepción y Reacción para los proyectos de trazado. Datos que como veremos más adelante nos va a condicionar la geometría a emplear en las vías a diseñar.

1.3. REDES VIARIAS Entendemos por Red Viaria como el conjunto de caminos que existe en un área determinada, para unir dos puntos con un vehículo. Según la Norma 3.1-IC se distinguen las siguientes clases de carreteras: A. Según su definición legal (Ley sobre tráfico, circulación de vehículos a motor y seguridad vial, aprobada por el Real Decreto Legislativo 339/1990): - Autopistas: Carreteras que están especialmente proyectadas, construidas y señalizadas como tales para la exclusiva circulación de automóviles y reúnen las siguientes características: No tener acceso a las mismas las propiedades colindantes No cruzar a nivel ninguna otra senda, vía, línea de ferrocarril o tranvía, ni ser cruzadas a nivel por senda, vía de comunicación o servidumbre de paso alguna. Constar de distintas calzadas para cada sentido de circulación, separadas entre sí, salvo en puntos singulares o con carácter temporal, por una franja de terreno no destinada a la circulación o, en casos excepcionales, por otros medios. Autovías: Carreteras que no reuniendo todos los requisitos de las autopistas tienen calzadas separadas para cada sentido de circulación y limitación de accesos a propiedades colindantes. No cruzarán a nivel ninguna otra senda, vía, línea de ferrocarril o tranvía, ni serán cruzadas a nivel por senda, vía de comunicación o servidumbre de paso alguna. - Vías rápidas: Carreteras de una sola calzada y con limitación total de acceso a propiedades colindantes. Las vías rápidas no cruzarán a nivel ninguna otra senda, vía, línea de ferrocarril o tranvía, ni serán cruzadas a nivel por senda, vía de comunicación o servidumbre de paso alguna - Carreteras convencionales: Son las que no reúnen las características propias de las autopistas, autovías y vías rápidas. B. Según el número de calzadas: - Carreteras de calzadas separadas: Son las que tienen calzadas diferenciadas para cada sentido de circulación, con una separación física entre ambas. Excepcionalmente pueden tener más de una calzada para cada sentido de circulación. No se considera como separación física la constituida exclusivamente por marcas viales sobre el pavimento o bordillos montables (altura inferior a 15 cm).

Queda expresamente prohibido el proyecto de carreteras de calzadas separadas con más de cuatro carriles y menos de dos por calzada y sentido de circulación. A este respecto, no tendrán la consideración de carriles los de cambio de velocidad o de trenzado y los incluidos en confluencias y bifurcaciones de autopistas o autovías urbanas - Carreteras de calzada única: Son las que tienen una sola calzada para ambos sentidos de circulación, sin separación física, independientemente del número de carriles. Queda expresamente prohibido el proyecto de carreteras de calzada única, con dos carriles o más en alguno de los sentidos de circulación, excepto los carriles adicionales y de cambio de velocidad. C. Según el grado de control de accesos: - Sin acceso a propiedades colindantes: Son aquéllas en las que el acceso desde el exterior se realiza exclusivamente a través de enlaces o, mediante entradas y salidas directas a otras carreteras. No tendrán la consideración de accesos a propiedades colindantes los correspondientes a elementos funcionales de la carretera cuando no exista posibilidad de comunicación de uso público entre la carretera y el exterior de dichos elementos. - Con acceso limitado a propiedades colindantes: Son aquéllas en las que, además de los accesos a través de los enlaces o mediante entradas y salidas directas a otras carreteras, se pueden establecer otros a través de vías de servicio con entradas o salidas específicas. - Con accesos directos autorizados: Son aquéllas en las que no existen las limitaciones establecidas en los párrafos anteriores, debiendo cumplirse en cualquier caso la reglamentación vigente. Se deberá definir la frecuencia y disposición de los accesos según las condicionantes técnicas derivadas de la funcionalidad de la carretera, su entorno, la intensidad del tráfico y la velocidad a que circulen los vehículos. D. Según las condicionantes orográficas: Se tipificarán las carreteras según el relieve del terreno natural atravesado indicado en la tabla siguiente, en función de la máxima inclinación media de la línea de máxima pendiente, correspondiente a la franja original de dicho terreno interceptada por la explanación de la carretera. TIPO DE RELIEVE MÁXIMA INCLINACIÓN MEDIA i (%) Llano i 5 Ondulado 5 < i 15 Accidentado 15 < i 25 Muy accidentado 25 < i

E. Según las condicionantes del entorno urbanístico: - Tramos urbanos: Son los que discurren en su totalidad por suelo clasificado de urbano por el correspondiente instrumento de planeamiento urbanístico. - Tramos interurbanos: Son los no incluidos en el apartado anterior. DENOMINACIÓN DE LAS CARRETERAS Según la Norma 3.1-IC de 1999 las carreteras o sus tramos se denominarán indicando la clase de carretera, según su definición legal, seguido del valor numérico de la velocidad de proyecto, expresado en km/h. Las autopistas se designarán como AP, las autovías como AV, las vías rápidas como R y las carreteras convencionales como C. Salvo justificación en caso contrario, se considerarán exclusivamente las siguientes: 120 100 80 60 40 Autopistas AP-120 AP-100 AP-80 Autovías AV-120 AV-100 AV-80 Vías rápidas R-100 R-80 Carreteras convencionales C-100 C-80 C-60 C-40 Se establecen los siguientes grupos a efectos de aplicación de la citada norma: - Grupo 1: Autopistas, autovías, vías rápidas y carreteras C-100 120 100 80 60 40 Autopistas AP-120 AP-100 AP-80 Autovías AV-120 AV-100 AV-80 Vías rápidas R-100 R-80 Carreteras convencionales C-100 - Grupo 2:Carreteras C-80, C-60 y C-40 Autopistas Autovías Vías rápidas Carreteras convencionales 120 100 80 60 40 C-80 C-60 C-40

Nuestro punto de partida para diseñar será el tipo de carretera a definir, y deberemos tener en cuenta los siguientes criterios: - Número de calzadas - Grado de control de acceso - Condiciones orográficas - Entorno - Grupo de la Norma 3.1.-I.C. - Definición legal 1.4. CARACTERISTICAS DE LA CIRCULACIÓN Para el diseño de carreteras son fundamentales los Estudios de Circulación para conocer el comportamiento de la circulación del vehículo por las redes viarias. Se busca conocer las causas y efectos de un determinado fenómeno, para así poder predecirlo o intervenir en la infraestructura de la red de comunicación. A continuación vamos ha realizar una breve descripción de las principales características de la circulación, que nos van a influir en el tipo de vía a diseñar. 1.4.1. Intensidad Es el número de vehículos que pasa a través de una sección fija de una carretera por unidad de tiempo.(intensidad horaria; diaria; anual; etc).para medir la intensidad se realizan aforos de tráfico, donde el tiempo de medición es fundamental para la fiabilidad de estos. La característica más utilizada es la Intensidad media diaria. 1.4.2. Variaciones de la Intensidad La variaciones de la Intensidad solo se pueden determinar tras un largo periodo de aforo. En algunas vías son sumamente importantes estas variaciones,( variaciones de periodo anual; variaciones semanales; diarias, etc.)

1.4.3. Velocidades Para estudios de trazado no es adecuado estudiar la velocidad media como la velocidad a utilizar en el proyecto, ya que la distribución de ésta es una curva de Gauss, lo que significa q1ue un 50% de los vehículos circulan a más velocidad. Se suele utilizar la velocidad de percentil 85, llamada V85, que solamente es superada por un 15% de los vehículos. 1.4.4. Densidad Solamente indicar que es el número de vehículos que existen por unidad de longitud sobre una carretera. No hay que confundir con Intensidad. 1.4.5. Tiempos de recorrido Es el tiempo que tarda cada vehículo es desplazarse entre dos puntos. Es muy útil este dato para vías urbanas ya que hay muchas paradas. 1.4.6. Demoras También en zonas urbanas es interesante saber la demora de los vehículos en cada intersección.