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Definición Geométrica de la Carretera

Geométricamente, la carretera es un cuerpo tridimensional totalmente irregular, lo que en un principio hace complicada su representación. Sin embargo, posee una serie de particularidades que simplifican y facilitan su estudio:

El predominio de una de sus dimensiones respecto a las otras dos, la carretera es una obra lineal.
La posibilidad de reproducirla fielmente mediante el desplazamiento de una sección transversal que permanece constante a lo largo de un eje que define su trayectoria.

Estas dos características permiten la adopción de un sistema de representación relativamente sencillo, de fácil interpretación y muy útil desde el punto de vista constructivo. En base a este sistema, la carretera queda totalmente definida mediante tres tipos de vistas: planta, perfil longitudinal y perfil transversal, No obstante, pueden emplearse otros tipos de representación como la perspectiva cónica de cara a realizar estudios más específicos sobre un determinado aspecto, como la visibilidad o el impacto ambiental.

A continuación se comentan las tres vistas más importantes:

(A) PLANTA: Es la vista más importante de todas, ya que sobre ella se representa la forma explicita la proyección horizontal de la carretera. Se emplea para la confección de planos que recojan información de diversa índole, útil para la correcta definición de la vía: trazado, replanteo, geología, topografía, pluviometría, señalización, uso del suelo, etc.

(B) PERFIL LONGITUDINAL: Es el desarrollo sobre un plano de la sección obtenida empleando como plano de corte una superficie reglada cuya directriz es el eje longitudinal de la carretera, empleando una recta vertical como generatriz. En esta vista se sintetiza gran parte de la información necesaria para la construcción de la carretera, expresada tanto de forma grafica como numérica.

(C) PERFIL TRANSVERSAL: Se obtiene seccionando la vía mediante un plano perpendicular a la proyección horizontal del eje. En el se definen geométricamente los diferentes elementos que conforman la sección transversal de la vía: taludes de desmonte y terraplén, cunetas, aceras, pendientes o peraltes.

Normalmente suelen tomarse varios perfiles a lo largo del eje, con un intervalo de separación constante y que viene condicionado par las características topográficas del terreno. Una importante aplicación de estos perfiles es facilitar el cálculo del movimiento de tierras que acarrea la construcción de la carretera.

Figura 1: Vistas representativas de una carretera


TRAZADO EN PLANTA

El trazado en planta suele ser el punto por el cual comienza a diseñarse geométricamente una carretera, ya que al ser esta una obra lineal, define perfectamente la forma y recorrido de la misma.
El eje de un camino se halla compuesto de una serie de formas geométricas entrelazadas, denominadas genéricamente ALINEACIONES. Estas pueden ser de tres tipos:

Alineaciones rectas: Este tipo de alineaciones son las que definen a grosso modo el trazado de la carretera. Se caracterizan por su ausencia de curvaturas, lo que posibilita que en estos tramos sea donde a priori un vehiculo pueda desarrollar su máxima velocidad.

Alineaciones curvas: Estas constituidas por curvas circulares, cuya principal misión es enlazar los tramos rectos, evitando quiebres bruscos en el trazado del camino. Se caracterizan por una curvatura constante, lo que obliga al conductor a efectuar maniobras de giro. Para neutralizar la fuerza centrifuga que aparece en este tipo de tramos, se dota transversalmente a la vía de una inclinación hacia el interior, denominada PERALTE.

Curvas de transición: La finalidad de este tipo de alineaciones es servir de enlace entre las dos anteriores. Su característica fundamental es la variación gradual de su curvatura a lo largo de su longitud, posibilitando de esta forma una transición suave entre alineaciones de distinta dirección y/o curvatura.

De las distintas curves de transición existentes, en carreteras se emplea la CLOTOIDE o espiral de Cornu.

Figura 2: Tipos de alineaciones en planta


LAS ETAPAS DE TRAZADO

En base a los tres elementos definidos anteriormente, podría esquematizarse el proceso de desarrollo del trazado en planta en tres etapas:

* Una primera etapa donde se realiza un primer trazado definido exclusivamente por alineaciones rectas, indicando así la zona afectada por el paso de la vía.

* En la segunda etapa se efectúa un refinamiento empleando alineaciones curvas que sirvan come enlace de las anteriores, y cuyo radio o radios se escogen en función de criterios que optimicen el trazado de la carretera, como pueda ser el evitar zonas con características topográficas o geológicas poco recomendables.

Puede darse el caso de que en determinadas tramos, este tipo de alineaciones anule completamente a las anteriores.

El trazado definitivo vendrá matizado por la introducción de curvas de transición entre las diferentes tipos de alineaciones existentes, ya sean recta-recta, recta curva o curva-curva. Al igual que en el caso anterior, esta clase de alineaciones puede anular en ciertas ocasiones a las que ya constituían el trazado.

Actualmente existen avanzadas herramientas de análisis informático que, partiendo de una serie de datos de campo y parámetros iniciales, son capaces de efectuar el trazado más ajustado y ventajoso posible. Debe recalcarse que estas aplicaciones no deben considerarse más que como una ayuda adicional al técnico proyectista, que debe ser quien tome en última instancia la correspondiente decisión.

Figura 3: Etapas de trazado en planta


FACTORES CONDICIONANTES

En el caso de las obras de carreteras, existen una serie de factores que condicionan las posibles soluciones ale trazado en planta de una vía, como son:

Puntos de paso forzoso: Serie de puntos que, por diversos motivos condicionan y limitan la elección del trazado. Algunos de estos factores son:

  1. Factores Topográficos: Existen zonas que por presentar una determinada topografía -zonas montañosas, barrancos y depresiones, etc.- dificultan y encarecen la construcción de obras de carreteras.
  2. Factores Geológicos: La presencia de terrenos no aptos por su baja capacidad portante y la proximidad de zonas de extracción de áridos -una de las materias primas para la construcción de carreteras- son los mas reseñables.
  3. Factores Hidrológicos: La existencia de cauces hidráulicos y zonas inundables puede desaconsejar que el trazado discurra por dichas zona
  4. Factores Urbanísticos: Los Planes de Ordenación aprobados o previstos, así come el uso del suelo, facilitaren o dificultaren la realización de un trazado u otro.
  5. Factores Sociales: La comunicación de determinados núcleos de población puede condicionar en mayor o menor medida el trazado de la vía.

Uniformidad y Visibilidad: Se procurara dar la máxima visibilidad posible evitando grandes pendientes -sobre todo el trazado en tobogán- y variaciones bruscas de curvatura. Además, el trazado debe ser uniforme, para facilitar la adaptación del conductor al trazado de la vía.

Monotonía: Un trazado donde predominan las grandes alineaciones rectas provoca en el conductor una sensación de monotonía y dispersión mental.
Por ello, es recomendable proyectar trazados donde no proliferen este tipo de alineaciones, siendo la tendencia actual a realizarlos enlazando curvas de acuerdo exclusivamente.

Zonas Protegidas: A lo largo del trazado previsto pueden existir determinados enclaves que por su valor histórico-artístico, ecológico o de otro tipo estén protegidos por el Estado no pudiendo expropiarse; este hecho obligaría a un replanteo del trazado, al menos en el entorno de la zona afectada.

Por último son de vital importancia los factores de carácter económico, que atañen tanto al costo de construcción de la vía o inversión como el costo de explotación de la misma. La minimización de ambos costos en consonancia con los factores anteriormente tratados proporcionaran la solución al trazado optimo.

Trazado en Planta o Alzado

El trazado en alzado de una carretera se lleva a cabo a través del estudio de su sección longitudinal que, como ya se ha dicho, se obtiene desarrollando en un plano el eje de dicha vía.
Al igual que el trazado en una planta se componía de diversas alineaciones, el trazado en alzado de una vía lo conforman las rasantes, que definen la inclinación de la vía y dotan de cota a cada uno de sus puntos.

Pueden distinguirse los distintos tipos de elementos en alzado:

RAMPAS: Tramos que poseen una inclinación positiva en el sentido de la marcha de los vehículos. Dicho de otro modo, son aquellos tramos de vía que el vehiculo recorre cuesta arriba. En estas zonas se produce una reducción de la velocidad de los vehículos, especialmente grave en la categoría de los pesados.
PENDIENTES: Al contrario que los anteriores, son tramos de calzada de inclinación negativa en el sentido de la marcha. Este aspecto favorece un aumento de la velocidad de circulación de los vehículos.

ACUERDOS: Tramos de inclinación variable, empleados para efectuar una transición suave entre dos rasantes consecutivas. Generalmente suele emplearse la parábola como forma geométrica de acuerdo, por lo que se le da el nombre de acuerdos parabólicos.

Figura 4: Elementos de trazado del alzado


El trazado en alzado suele adaptarse generalmente a las exigencias topográficas del terreno por el que discurre la carretera, para de esta forma minimizar el movimiento de tierras y además procurando mantener el equilibrio entre los volúmenes de desmonte y terraplén.

REPRESENTACIÓN DEL PERFIL LONGITUDINAL

Como ya se ha dicho, el perfil longitudinal de una carretera es uno de los elementos que mejor la definen, ya que a los datos geométricos añade una serie de datos numéricos mucho mas precisos que concretan los anteriores. El perfil longitudinal es uno de los elementos imprescindibles para la construcción de la carretera, ya que los datos -que encierra se interpretan de forma clara, sencilla y precisa.
El contenido gráfico de este perfil consta no sale de las diferentes rasantes y acuerdos que componen la vía, sino que viene acompañada del perfil topográfico del terreno preexistente. Además, sobre el se sitúan las distintas obras de arte que componen la obra: puentes, canoas de drenaje o túneles, así como las infraestructuras que interceptan su trayectoria, ferrocarriles, tendidos eléctricos, canales u otras carreteras- a accidentes naturales, come lagos o ríos.

Sobre el perfil longitudinal se representan mediante líneas verticales cada uno de los perfiles transversales _-normalmente equidistantes unos de otros- que suelen referirse al punto kilométrico de la vía (PK) donde han sido tomadas. Cada uno de los perfiles transversales lleva asociada una información numérica, que conforma la popularmente conocida como guitarra, y como se ve a continuación:

ORDENADAS DE TERRENO: Esta cifra indica la cota o altura del terreno respecto al plano de comparación escogido, generalmente el nivel del mar o uno arbitrario. Su precisión viene en función de los dates topográficos disponibles.

ORDEDENAS LA RASANTE: Se refiere a la cota de la rasante proyectada respecto al mismo plano de comparación. La precisión de esta medida obtenida mediante cálculos analíticos- debe ajustarse al milímetro,

COTAS ROJAS: Representa la diferencia de cota entre el terreno y la rasante, pudiendo ser de dos tipos, excluyentes entre si:

  1. De desmonte: En este caso el terreno se halla por encima de la rasante. Indican, por tanto, la profundidad a la que se debe excavar- para alcanzar esta última.
  2. De terraplén: Define la altura a terraplenar sobre el terreno natural, para alcanzar la cota de la rasante en un determinado punto.


DISTANCIAS PARCIALES: Cifra que indica la distancia existente -recorrida sobre el eje longitudinal- desde el anterior perfil hasta el actual.

DISTANCIAS AL ORIGEN: A diferencia de la anterior, representa la distancia medida a la largo del eje longitudinal de la vía- entre el origen de distancias y el perfil considerado.



IDENTIFICACIÓN DEL PERFIL: Con este apartado se pretende una enumeración ordenada de cada uno de los perfiles tomados, de forma que puedan ser fácilmente identificables entre otro tipo de planos.
Los datos numéricos anteriormente expuestos suelen ir acompañados por dos esquemas que resumen otros parámetros geométricos definitorios de la carretera:

Estados de Alineaciones: Diagrama adimensional (serían magnitudes adimensionales todas aquellas que no tienen unidades, o cuyas unidades pueden expresarse como relaciones matemáticas puras), en el que se representan curvaturas de las diferentes alineaciones. Así las alineaciones rectas coinciden con el eje del diagrama; las curvas son rectas paralelas a las clotóides, rectas inclinadas de pendiente constante.
Ley de peraltes: Representación grafica de la pendiente transversal de la explanación. Para ello, se representan los bordes izquierdos y derecho de la explanación, asignando a cada unos de ellos una línea diferente.

Las escalas empleadas para la representación del perfil longitudinal varían en función de la magnitud de la obra; lo que suele hacerse es diferenciar la escala vertical de la horizontal, siendo del orden de diez veces superior a esta última.

REPRESENTACIÓN DE LA SECCION TRANSVERSAL.

La sección transversal de una carretera es la vista idónea para definir perfectamente los diferentes elementos que la componen: plataforma, calzada, carriles, berma, mediana, cunetas, etc. Básicamente, la sección transversal proporciona información acerca de dos importantes aspectos de la vía: su anchura y su pendiente transversal.
El ancho de una carretera se halla íntimamente relacionada con la capacidad de la propia vía, así come con otro factor que influye en la calidad de la misma, como es la seguridad. En este sentido, la normativa sobre Carreteras dicta una serie de normas para asegurar niveles de aceptables.

También es importante el correcto diseño de las pendientes transversales existentes en la vía, ya que influyen en dos aspectos importantes:

El sistema del drenaje de la carpeta de rodado: En todo momento debe procurarse que la carpeta permanezca lo más seca posible; para ello, se dota a la calzada de una ligera pendiente normalmente del 2% a 3% a cada lado, denominada bombeo.

La configuración del peralte: En las alineaciones curvas se hace necesario una mayor inclinación transversal de la vía para contrarrestar la fuerza centrifuga



Además, en las curvas de transición debe realizarse una transición suave de dicho peralte.
Por otro lado, la sección transversal se emplea como vista auxiliar para la medición del movimiento de tierras necesario para la construcción de la plataforma sobre la que se asentara la calzada. Para ello, se confeccionan planos con diferentes secciones de la vía tomadas a una distancia regular a la largo de su trazado -puntos que a su vez se reflejan en el perfil longitudinal- en los que se incluye la sección transversal de la plataforma, los taludes de desmonte o terraplén empleados y el perfil del terreno natural preexistente. Cada perfil transversal suele ser acompañado de la superficie de tierras a desmontar o terraplenar en dicha sección, expresada en forma numérica.

OBJETIVOS DEL TRAZADO

A la hora de plantear el trazado de una determinada vía existen multitud de factores que influyen, en mayor o menor medida, en la optimización del mismo. Estos factores, o al menos los más relevantes, pueden agruparse en cuatro proposiciones fundamentales: comodidad, seguridad, economía y estética.

Comodidad

La comodidad experimentada por el conductor de un vehiculo es uno de los aspectos que refleja la calidad que ofrece la vía por la que se circula. El trazado de una carretera influye en algunos, de los factores que definen la comodidad:

Velocidad: La velocidad de circulación de los vehículos por una determinada vía esta condicionada por su trazado. Este hecho se hace patente en ciertos puntos críticos, como las curvas, donde la geometría de la vía -radio y peralte de la curva- limitan la máxima velocidad a la que se puede transitar por ella, reduciendo en algunos cases la velocidad de un determinado porcentaje de vehículos y par tanto, su nivel de comodidad.
Transiciones: Las curvas de transición juegan un papel importante a la hora de efectuar un aumento progresivo, no repentino de la fuerza centrifuga que tiende a expulsar el vehiculo hacia el exterior la curva. De este modo, el conductor puede adaptar con mayor facilidad el vehiculo a la nueva situación, aumentando su confort.
Demoras: Para evitar el colapso o la reducción de velocidad de un cierto numero de vehículos en determinados tramos, deben preverse trazados en los que los vehículos mas rápidos dispongan de suficiente visibilidad y distancia como para efectuar el adelantamiento sobre otros mas lentos.



Fuente: topografiadocente.over-blog.es

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