Conceptos Fundamentales y Diseño de Carreteras
Terminología en Ingeniería de Carreteras
A continuación, se presentan definiciones de términos clave utilizados en el diseño y construcción de carreteras:
Acotamiento
Faja contigua a la calzada, comprendida entre su orilla y la línea de hombros de la carretera.
Alineamiento Horizontal
Proyección del eje de proyecto de una carretera sobre un plano horizontal.
Alineamiento Vertical
Proyección del desarrollo del eje de proyecto de una carretera sobre un plano vertical.
Ampliación en Curva
Incremento al ancho de corona y de calzada.
Banqueta
Faja destinada a la circulación de peatones.
Bombeo
Pendiente transversal descendiente de la corona o subcorona.
Bordillo
Elemento que se constituye sobre los acotamientos.
Calzada
Parte de la corona destinada al tránsito de vehículos.
Cero
Punto de intersección de las líneas definidas por el talud del terraplén o del corte y el terreno natural.
Contracuneta
Canal que se ubica arriba de la línea de ceros de los cortes.
Corona
Superficie terminada de una carretera.
Cuneta
Canal que se ubica en los cortes, para drenar el agua que escurre por la corona y/o el talud.
Curva Circular Horizontal
Arco de circunferencia del alineamiento horizontal que une dos tangentes consecutivas.
Curva Espiral de Transición
Curva del alineamiento horizontal que liga una tangente con una curva circular.
Curva Vertical
Arco de la parábola de eje vertical que une dos tangentes del alineamiento vertical.
Curva Vertical en Columpio
Curva vertical cuya concavidad queda hacia arriba.
Curva Vertical en Cresta
Curva vertical cuya concavidad queda hacia abajo.
Defensa
Dispositivo de seguridad que se emplea para evitar, en lo posible, que los vehículos salgan de la carretera.
Derecho de Vía
Superficie de terreno cuyas dimensiones fija la Secretaría.
Normas para Proyecto Geométrico
Disposiciones, requisitos, condiciones e instrucciones que la Secretaría fija o dicta para la elaboración de sus proyectos geométricos.
Faja Separadora Central
Es la zona que se dispone para precaver que los vehículos que circulan en un sentido invadan los carriles de sentido contrario.
Grado de Curvatura
Ángulo subtendido por un arco de circunferencia de veinte metros de longitud.
Grado Máximo de Curvatura
Límite superior del grado de curvatura que podrá usarse en el alineamiento horizontal de una carretera con la sobreelevación máxima, a la velocidad de proyecto.
Guarniciones
Elementos parcialmente enterrados que se emplean principalmente para limitar las banquetas, camellones, isletas y delinear la orilla de la calzada.
Hombro
Punto de la intersección de las líneas definidas por el talud del terraplén y la corona o por esta y el talud interior de la cuneta.
Horizonte de Proyecto
Año futuro que corresponde al final del periodo previsto en el proyecto de la carretera.
Lavadero
Obra complementaria de drenaje que se construye para desalojar las aguas de la superficie de la carretera y evitar la erosión.
Libradero
Ancho adicional que se le da a la corona de las carreteras de un solo carril, paso simultáneo de dos vehículos.
Longitud Crítica
Es la longitud máxima de una tangente vertical con pendiente mayor que la gobernadora, pero sin exceder la pendiente máxima.
Pendiente
Relación entre el desnivel y la distancia horizontal que hay entre dos puntos.
Pendiente Gobernadora
Es la pendiente que teóricamente puede darse a las tangentes verticales en una longitud indefinida.
Pendiente Máxima
Es la mayor pendiente de una tangente vertical.
Pendiente Mínima
Es la menor pendiente que una tangente vertical.
Rasante
Proyección del desarrollo de la corona de una carretera sobre un plano vertical.
Sección Transversal
Corte vertical normal al alineamiento horizontal de la carretera.
Sobreelevación
Pendiente transversal que se da a la corona hacia el centro de las curvas del alineamiento horizontal para contrarrestar, parcialmente, el efecto de la fuerza centrífuga.
Talud
Inclinación de la superficie de los cortes o de los terraplenes.
Tangente Horizontal
Tramo recto del alineamiento horizontal de una carretera.
Tangente Vertical
Tramo recto del alineamiento vertical de una carretera.
Transición Mixta
Distancia que se utiliza para pasar de la sección en tangente a la sección en curva circular y viceversa.
Tránsito Diario Promedio Anual (TDPA)
Número de vehículos que pasan por un lugar dado durante un año, dividido entre el número de días del año.
Velocidad de Marcha
Velocidad media de todos o de un grupo determinado de vehículos.
Velocidad de Proyecto
Velocidad máxima a la cual los vehículos pueden circular con seguridad sobre un tramo de carretera y que se utiliza para su diseño geométrico.
Estudios Preliminares para el Diseño de Carreteras
Antecedentes Históricos de las Carreteras
- Veredas
- Brechas
- Caminos de terracería
- Carreteras
Estudios Socioeconómicos
Evaluación previa que consiste en conocer las condiciones en que se encuentra el lugar en donde se desea invertir. Una carretera traerá beneficios como la comunicación de localidades y el aumento del ingreso económico; es necesario llevar a cabo una buena planeación.
Planeación
- Económicos
- Actuales:
- Agrícolas
- Ganaderas
- Mineras
- Forestales
- Potenciales:
- Industriales
- Comerciales
- Agrícolas
Necesidad económica
Elección de ruta
- Actuales:
- Geográficos
- Climáticos
- Orográficos
- Demográficos
- Comunicaciones
Posibilidad geográfica para tipo de carretera
- Políticos
- Interno:
- Estatales
- Federales
- Externo:
- Tratados
Necesidad política
Financiamiento
- Interno:
Etapas de una Carretera
Para una carretera se deberán tomar en cuenta las siguientes etapas:
- Planeación: En esta etapa se deben considerar los estudios geográficos, económicos y políticos, tal y como se vio en el cuadro anterior.
- Proyecto: En el proyecto habrá de tomarse en cuenta los estudios topográficos necesarios para la elección de una ruta posible por donde irá el camino.
- Conservación: En esta etapa es de vital importancia, ya que de ella depende la vida útil de una carretera, la cual está ligada principalmente con su nivel de servicio. Por lo cual, en esta etapa habrá de tomarse en cuenta la dirección técnica.
- Uso: Una vez que se encuentra en funcionamiento u operación dicha carretera, es importante, como ya se ha venido mencionando, que se tome en cuenta la conservación.
Estudios Técnicos y Aplicación de las Nuevas Tecnologías en el Diseño de las Carreteras
Una vez concluidos los estudios socioeconómicos que justifiquen la realización de una carretera o, en su defecto, el mejoramiento de algún camino existente, se deberán realizar una serie de pasos que servirán para conocer las diferentes partes de que está compuesto un proyecto de carretera, siendo estas de manera general las siguientes:
- Acopio de datos.
- Estudios sobre cartas geográficas.
- Reconocimiento.
- Fotografías aéreas.
- Fotointerpretación.
- Control terrestre.
- Evaluación de rutas posibles.
Metodología del Proyecto
Una vez que analizamos las alternativas más adecuadas para la realización de un proyecto carretero, deberemos considerar algunos principios que deben basarse en el criterio de todo proyecto:
- Son más costosas las fallas de proyecto que se reflejan en una obra terminada, que el costo adicional que significaría los estudios necesarios previos.
- El emplear tecnología de punta permite una economía considerable en la ejecución de un proyecto.
- Es importante considerar los estudios del lugar y los registros de todos los datos que se obtuvieron en los inicios de un estudio.
- Para cada rama que se desarrolle en el proyecto es necesario contar con los especialistas adecuados.
Procedimiento del Levantamiento Topográfico
En todo proyecto se debe seleccionar en primer término el procedimiento del levantamiento topográfico. Se pueden utilizar métodos convencionales terrestres empleando fotogrametría.
Para iniciar el trabajo de topografía es necesario considerar los factores determinantes que son:
- Vegetación: Al utilizarse fotogrametría, dependerá esencialmente de la altura que cuente la zona en donde se realizará dicho proyecto, por lo que será necesario tomar esto en cuenta para el momento en que se efectúe la restitución. En la siguiente tabla se mencionan algunas características de las cuales habrá de considerarse al utilizar este método. Cuando la densidad de la vegetación sobrepase las cantidades de la tabla, no se podrán observar estereoscópicamente la mayoría de los puntos del terreno, por lo que no deberá recurrirse a este método. Sin embargo, si se tienen áreas de vegetación aisladas menor al 50 % de la longitud del proyecto, podrán combinarse varios procedimientos topográficos.
- Configuración topográfica: Como ya es conocido, se pueden tener los tipos de terreno como lo son plano, lomerío, montañoso.
- Plazo de ejecución: Se deberán considerar las condiciones climáticas para el caso en que se requiera utilizar toma de fotografías aéreas; si no, de lo contrario, se utilizará el método tradicional.
- Accesibilidad a la zona: Este es otro factor que influye en la elección del procedimiento a seguir, la dificultad de acceso a la zona del camino en estudio, afectando en los costos para los trabajos.
Anteproyecto
Es el resultado de los estudios y levantamientos topográficos previos para empezar a dibujar el eje del proyecto que seguirá el camino.
Una vez que se obtienen las curvas de nivel a una escala apropiada, se inicia el estudio del trazo del camino, hasta seleccionar la ruta más conveniente, quedando así definidos los alineamientos horizontales y verticales, los cuales servirán para los cálculos y volúmenes que posteriormente nos darán el costo del proyecto.
Un trazo óptimo es aquel que se adapta económicamente a la topografía del terreno; sin embargo, la selección de la rasante dependerá del tipo de camino y la velocidad de proyecto, así como el horizonte del proyecto para el cual está diseñado.
Clasificación Oficial de Carreteras
Atendiendo a sus características, se tipifican en:
Por su Transitabilidad
Estas corresponden a las etapas en que se construyen las carreteras y pueden ser:
- Terracerías: Estas son cuando están construidas a un nivel de subrasante.
- Revestidas: Se denomina así cuando sobre la subrasante se coloca una capa de material granular de cierta calidad y la cual es transitable.
- Pavimentadas: Es cuando sobre la subrasante se coloca toda una estructura de pavimento, la cual ha sido estudiada previamente. Puede constar de las capas de sub-base, base y carpeta.
Por su Aspecto Administrativo
- Federales: Cuando estas son costeadas íntegramente por la Federación y se encuentran, por lo tanto, a su cargo.
- Estatales: Cuando son construidas mediante un sistema bipartita en la cual el gobierno aporta el 50 % y el resto lo pone el estado, quedando a cargo del estado su mantenimiento y conservación.
- Vecinales o Rurales: Son hechas por medio de la cooperación de vecinos, pagando la tercera parte de su valor, otro tercio la Federación y otro tercio el estado, quedando su conservación y mantenimiento a cargo del municipio.
- De Cuota: Las que quedan a cargo de la dependencia oficial descentralizada, la cual se le conoce como Caminos y Puentes Federales (CAPUFE). Asimismo, hay otras como autopistas concesionadas, las cuales las administra la iniciativa privada.
Por su Clasificación Oficial
Atendiendo a sus características geométricas, se tipifican en:
Tipo de carretera nomenclatura
carretera de cuatro carriles, eje de transporte et4
carretera de dos carriles, eje de transporte et2
carretera de cuatro carriles a4
carretera de dos carriles a2
carretera de cuatro carriles,
red primaria b4
carretera de dos carriles,
red primaria b2
carretera de dos carriles,
red secundaria c
carretera de dos carriles,
red alimentadora d