Clasificación de Carreteras y Capacidad Vial

La clasificación de las carreteras se realiza atendiendo a su capacidad, considerando carreteras de 2, 3 carriles y 4 o más carriles, separadas o no.

Capacidad Vial

El propósito fundamental de una carretera es facilitar el flujo de tráfico. La capacidad vial es una medida de cuán efectivamente una carretera cumple con este propósito. Al diseñar una carretera, es crucial determinar si tendrá la capacidad suficiente para acomodar el volumen de tráfico previsto. Debido a la complejidad y las variables intangibles, el ingeniero se basa en datos empíricos y juicio profesional.

Se pueden obtener cálculos precisos para carreteras en tangentes con pendientes cercanas a 0%, donde los vehículos se desplazan a velocidad uniforme bajo condiciones ideales. Sin embargo, en la mayoría de los casos, los volúmenes de tráfico precalculados deben ajustarse para considerar pendientes más pronunciadas, curvas cerradas, condiciones climáticas adversas, hábitos de conducción variables y la diversidad del tráfico.

Capacidad: Número máximo de vehículos que pueden pasar por una sección de un carril o carretera en una dirección o ambas, durante un período de tiempo determinado, bajo condiciones prevalecientes de la carretera y el tráfico. El período de tiempo usualmente considerado es de una hora.

Condiciones prevalecientes: Atributos físicos de la carretera, naturaleza del tráfico, condiciones climáticas y visibilidad.

Nivel de servicio: Función del volumen y composición del tráfico y las velocidades alcanzadas. Una carretera puede diseñarse para un cierto nivel de servicio a un volumen específico, pero operar a niveles diferentes a medida que el flujo varía. Todos los componentes de una carretera (rampas, intersecciones, carriles de entrelazamiento) deben diseñarse para proporcionar el mismo nivel de servicio que la carretera principal.

Volumen: Número de vehículos que pasan por una sección específica de un carril o carretera en un tiempo dado (1 hora o más).

Densidad: Número de vehículos en una unidad de longitud (usualmente 1 km) de los carriles de tráfico en un instante dado.

Aplicaciones de la Información sobre la Capacidad de una Carretera

La información sobre la capacidad vial es fundamental en:

1. Estudios de planeamiento de transporte: Evaluar la adecuación de las redes de carreteras existentes y estimar cuándo el crecimiento del tráfico podría exceder la capacidad.
2. Diseño de carreteras: Esencial para el ajuste adecuado de una carretera planificada a los requisitos del tráfico, incluyendo la selección del tipo de carretera y la determinación de las necesidades dimensionales (número y ancho de carriles, ancho de paseos, etc.).
3. Análisis de operaciones de tráfico: Determinar y separar la ubicación de cuellos de botella, preparar estimaciones para el mejoramiento operacional y aplicar medidas de control de tráfico.

Agrimensura de Carreteras

La agrimensura de carreteras incluye la medición y el cálculo de ángulos horizontales y verticales, distancias verticales (elevaciones) y distancias horizontales.

Los levantamientos topográficos se utilizan para preparar mapas básicos de curvas de nivel y secciones transversales. Las técnicas de agrimensura han evolucionado significativamente con el desarrollo de equipos electrónicos y computadoras.

Levantamientos Topográficos de Campo

Son la técnica elemental para el trazado de una carretera.

Instrumentos básicos:

• Tránsito: Para medir ángulos en los planos vertical y horizontal.
• Nivel: Para medir cambios de elevación.
• Cinta: Para medir distancias horizontales.

En topografía actual, se utilizan aparatos de medición electrónica de distancia (MED o EDM) y computadoras.

Aparatos Electrónicos de Medición de Distancia

Consisten en un transmisor y un reflector. El transmisor envía un haz de luz (rayo láser o señal de radio) que es reflejado de vuelta. Electrónicamente se mide la diferencia de fase para determinar la distancia.

Cuando se utiliza con un calculador de reducción de pendientes, también sirve para medir diferencias de pendiente y elevación. Si se monta en un tránsito, permite la determinación de ángulos verticales y horizontales, constituyendo estaciones geodésicas totales.

Percepción Remota

Es la medición de distancias y elevaciones utilizando aparatos sobre la superficie terrestre (aeroplanos o satélites) y el sistema de posicionamiento global (GPS).

Fotogrametría

Proceso para obtener información indirecta (distancias y otros datos) a partir de fotografías aéreas. Es rápido y económico para proyectos grandes, pero puede ser costoso para proyectos pequeños.

El tamaño límite de la fotogrametría varía entre 30 y 100 acres. Su uso adecuado depende del tipo de terreno.

Dificultades:

1. Áreas de bosque espeso.
2. Áreas con cañones profundos o edificios altos.
3. Áreas con sombras uniformes (planicies, desiertos).

Uso común: Identificación de lugares adecuados para la carretera y preparación de mapas básicos con curvas de nivel. Se deben obtener fotografías aéreas del área del proyecto.

Diseño Gráfico por Computadoras

La información de la fotogrametría, combinada con técnicas de computadora, produce gráficos que se pueden observar en un monitor. Se puede ingresar el trazado de una carretera para obtener el modelo del terreno y/o los alineamientos horizontal y vertical.

Se pueden imprimir o plotear en papel. Editar o cambiar puntos de control permite al diseñador ver inmediatamente el resultado de las modificaciones.

Principios de Trazado de una Carretera

El principio básico considera que los elementos del camino (curvatura y pendiente) deben estudiarse conjuntamente para proporcionar una circulación fácil y fluida, acorde a la capacidad de diseño y los estándares de seguridad.

Levantamiento Topográfico de Trazado Final

Disposición detallada de la ruta seleccionada, determinando los alineamientos horizontal y vertical finales y la posición final de las estructuras y canales de drenaje.

Método:

Se fijan los puntos de intersección (PI) de los tramos rectos y se ajusta una curva horizontal adecuada en cada uno. Es un proceso de prueba y error, considerando factores de ingeniería y estética. Las técnicas basadas en computadoras han simplificado este proceso, permitiendo al diseñador visualizar el alineamiento y realizar modificaciones.

Se desarrolla el diseño detallado de los alineamientos horizontal y vertical para obtener los ángulos de deflexión para las curvas horizontales y los cortes para las curvas verticales y el perfil de la carretera.

Principios de Localización de Puentes

El principio básico es que la ubicación del puente está determinada por la ubicación de la vía, y no al revés. En la mayoría de los casos, se determina primero el trazado de la vía y luego se determina el sitio del puente. Esto puede llevar a puentes oblicuos o sesgados.

Fases del Proceso de Trazado de una Carretera

El proceso de trazado de una carretera comprende las siguientes fases:

1) Estudio Preliminar de Gabinete de la Información Existente

Examen de toda la información disponible del área. Se recolectan y examinan datos de mapas, fotografías aéreas y cartas de ministerios y oficinas gubernamentales. El tipo y cantidad de información necesaria dependerá del tipo de carretera.

Datos a obtener:

• Ingeniería: Topografía, geología, clima y volúmenes de tráfico.
• Sociales y demográficas: Uso del suelo.
• Ambientales: Tipos de vida silvestre, ubicación de lugares recreativos, históricos y arqueológicos, y posibles efectos de contaminación.
• Económicos: Costos unitarios de construcción y tendencias en actividades agrícolas, comerciales e industriales.

Los análisis preliminares indicarán si algún sitio debe excluirse. El ingeniero deberá seleccionar las áreas generales por las cuales puede atravesar una carretera.

2) Levantamiento Topográfico de Reconocimiento

Identificar varias rutas factibles dentro de una franja o corredor. Se utiliza la fotografía aérea para obtener información, considerando:

1. Condiciones de terreno y suelo.
2. Utilidad de la ruta para áreas urbanas e industriales.
3. Cruce de otras instalaciones de transporte.
4. Directa de la ruta.

Se determinan puntos de control entre los dos puntos extremos para cada ruta factible. Se trazan las rutas factibles en mapas topográficos básicos.

3) Levantamiento Topográfico de Trazado Preliminar

Se traza la posición de las rutas factibles, estableciendo todos los puntos de control y determinando los alineamientos vertical y horizontal preliminares. Se utilizan estos alineamientos para preparar la evaluación de factibilidad económica y ambiental.

Se desarrolla la evaluación económica de cada ruta alternativa, considerando:

• Costos de usuario de la carretera.
• Costos de construcción.
• Costos de mantenimiento.
• Beneficios de usuario de la carretera.
• Perjuicios (impactos adversos).

Estacionamiento y Curvas Horizontales

En topografía, las medidas se toman a lo largo de una línea base. Las distancias sobre la línea base son estaciones, y las distancias medidas a ángulos rectos son dimensiones.

Curvas Horizontales Circulares

Se utilizan para suavizar los cambios de dirección en los PI. Se describen por su radio o por su grado de curvatura.

Grado de curvatura: Ángulo central subtendido por un arco de 100 metros.

Curvas Horizontales Circulares Compuestas

Consisten en dos o más arcos circulares que giran en la misma dirección y se unen en puntos de tangencia comunes. El caso más utilizado es la curva de dos arcos.

Los resultados de la evaluación económica proporcionan información valiosa para determinar si una carretera debe construirse y qué tipo de carretera debe ser. Se debe considerar el impacto ambiental.

En la República Dominicana, existe legislación especializada (ley 64-00) que establece los requisitos de la evaluación de medioambiente. En los casos en que se requiera un estudio de impacto ambiental, debe realizarse en esta etapa para determinar el impacto de cada ruta alterna. Entonces se selecciona como alineamiento preliminar de la vía la mejor opción teniendo como base todos los factores considerados.

Curvas Horizontales Circulares Inversas o Reversas

Son dos curvas circulares con ángulos de deflexión opuestos. Pueden tener radios y/o ángulos de deflexión iguales o diferentes. Los cambios de dirección instantáneos pueden causar problemas de seguridad e incomodidad.

No hay espacio para la transición de peralte. Se pueden tener los siguientes casos:

1. Curvas continuas con tangentes no paralelas.
2. Curvas continuas con tangentes paralelas.
3. Tramo de tangente horizontal corta entre las curvas.

El tramo tangente deberá tener una longitud mínima que permita cumplir con las longitudes de transición del peralte de ambas curvas.

Espirales de Transición

Curva con un radio uniformemente cambiante. Se utilizan para contrarrestar cambios de dirección abruptos. La longitud de una curva espiral también se utiliza para la transición del peralte.

Radio de la espiral: El radio de la línea tangente disminuye de manera uniforme hasta que en el punto donde la curva circular inicia (SC). El radio de la espiral iguala el radio de la curva circular.

Las espirales permiten al conductor salir de un tramo recto a alta velocidad sin problemas de seguridad. La curva circular se desplaza hacia adentro, dejando espacio para insertar una espiral a cada extremo.

El centro de la curva se desplaza a cierta distancia hacia adentro. Se utilizan tablas para calcular las espirales. Se han desarrollado varias espirales geométricas (curva parábola cúbica, curva clotoide).

La A.R.E.A. ha desarrollado espirales empíricas. El uso de programas de computadora para la solución de espirales se encuentra disponible. Todas las espirales lucen esencialmente iguales cuando se replantean en el campo.

Velocidad de Diseño

Velocidad seleccionada para determinar las características de una vía. Depende de la función de la carretera, la topografía y el uso del suelo.

Tipos de topografía:

1. Terreno horizontal o llano.
2. Terreno ondulado.
3. Terreno montañoso.

La velocidad de diseño NO debe ser muy diferente a la velocidad a la cual se espera que manejen los conductores. Se debe considerar la distancia de viaje promedio. Las carreteras con viajes promedio más largos deben diseñarse para velocidades más altas. Las velocidades de diseño varían entre 30 y 120 km/h.

Curvas Verticales

Se utilizan en el alineamiento vertical para proporcionar un cambio gradual entre dos pendientes adyacentes.

Algunos textos recomiendan la introducción de curvas verticales cada vez que hay un cambio de pendiente, otros solo cuando el cambio neto excede un valor específico (1.5% o 2.0%).