DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS (Edgar Jimenez)

Ing. dgar Jim nez doblevia.wordpress.comÉ é ·
Diseño geométrico de vías
Ingeniería Civil
Capítulo 1
Generalidades
2009A

¿Qué voy a encontrar aquí?¿Qué voy a encontrar aquí?
• ¿En qué consiste el diseño geométrico de una vía?
– ¿Cuáles son sus aplicaciones?
• ¿Cómo se clasifican las carreteras en Colombia?
– ¿Qué tipos de carreteras existen según esa clasificación?
• ¿Qué características debe tener una carretera?
– ¿Qué es velocidad y para qué sirve?
– ¿Qué es capacidad?
– ¿Cómo hacer que una carretera sea segura?
• ¿Qué fases comprende el desarrollo de una carretera?
– ¿Cómo se hace una carretera nueva?
– ¿Cómo se mejora una carretera existente?

Antes de empezar...Antes de empezar...
• ¿Qué es transporte?
– Trasladar personas o mercancías de un sitio a otro con un fin
determinado.
• Modos de transporte:
– Los que no recurren a artefactos móviles autopropulsados:
• Cables, canales y ductos
Catalina Rodriguez
Metrocable. Medellín, CO. Las cabinas están ancladas al
cable, que se mueve constantemente.
Acueducto romano. Coimbra, PT. El agua se transporta
gracias a la acción de la gravedad.

Antes de empezar...Antes de empezar...
• Modos de transporte:
– Los que recurren a
vehículos automotores:
• Transporte terrestre
• Transporte acuático
• Transporte aéreo
Catalina Rodriguez
Catalina Rodriguez

Aplicaciones del DiseñoAplicaciones del Diseño
geométrico de víasgeométrico de vías
• El transporte terrestre se
puede dar en:
– Vías no acondicionadas o
poco acondicionadas
– Carreteras o vías
especialmente
acondicionas
– Vías férreas
Diseño geométrico
• El diseño geométrico de
vías se puede utilizar para
el desarrollo de
carreteras, vías férreas y,
adicionalmente, canales
de navegación.
Construcción Doble calzada Girardot – Ibagué, tramo
variante de Chicoral. Tolima, CO.

Diseño geométricoDiseño geométrico
• Según Chocontá (1998),
el diseño geométrico es
“el proceso de
correlacionar los
elementos físicos de la
vía con las condiciones
de operación de los
vehículos y las
características del
terreno”.
• Elementos físicos
– Geometría de la vía
• Vehículos
– Dimensiones
– Velocidad
– Conductor
• Terreno
– Plano
– Ondulado
– Montañoso
– Escarpado

Elementos geométricos de la víaElementos geométricos de la vía

Elementos geométricos de la víaElementos geométricos de la vía
Elementos de la sección transversal de una carretera

Diseño en contextoDiseño en contexto
– Resulta evidente que las carreteras constituyen un proyecto de
gran magnitud que conlleva un significativo impacto ambiental,
social y económico.
• El diseño en contexto implica satisfacer al mismo
tiempo las necesidades de seguridad, movilidad,
armonía con el medio ambiente y preservación de los
valores de las comunidades afectadas.
– Para lograrlo, resulta esencial que el equipo diseñador se
involucre con el público general, que este último conozca las
intenciones del proyecto; pero sobre todo, que los diseñadores
conozcan las necesidades particulares de las comunidades,
antes de intentar soluciones estandarizadas y centralizadas.
– Dicha relación con el público debe ser constante y desde los
momentos más tempranos del proyecto.

CarreterasCarreteras
• Para Cárdenas (2005) “una
carretera es una
infraestructura del transporte
especialmente
acondicionada dentro de una
franja de terreno
denominada derecho de vía,
con el propósito de permitir
la circulación de vehículos
de manera continua en el
espacio y el tiempo, con
niveles adecuados de
seguridad y comodidad”.
Aunque ya sabemos que el diseño
geométrico se aplica tanto para
carreteras como para ferrocarriles y
canales, es en las primeras en las que
nos vamos a enfocar.
Tramo Armenia – Pereira de las Autopistas del Café.
Quindío, CO.

Clasificación de las carreterasClasificación de las carreteras
• Las carreteras se pueden clasificar según diversos
criterios:
– Según su funcionalidad
• Primarias, secundarias y terciarias
– Según el tipo de terreno
• Plano, ondulado, montañoso y escarpado
– Según sus características
• Autopistas, multicarriles, dos carriles – dos sentidos
– Según su recorrido
• Troncales (Sur-Norte) y transversales (Este-Oeste)

– Según la función que cumplen, se
distinguen tres tipos de carreteras en
Colombia:
• Primarias (también conocidas como
nacionales)
– Comunican los principales centros de
producción y consumo (generalmente
capitales de departamentos) del País y este
con los demás países.
– Según los requerimientos del tránsito, las
vías primarias pueden tener calzadas
separadas o no, es decir, ser multicarriles.
– Las vías primarias deben estar
pavimentadas.
– Las troncales y transversales corresponden a
vías primarias.
Señal vertical SI-01 que identifica a las rutas
nacionales en Colombia
Tomado del Manual de señalización vial (MinTransporte, 2004)
Mapa de la red vial nacional (primaria).
Tomado de www.invias.gov.co

– Según la función que cumplen, se
distinguen tres tipos de carreteras en
Colombia:
• Secundarias (o departamentales)
– Comunican cabeceras municipales entre sí, o
las conectan con carreteras primarias.
– Las carreteras secundarias pueden estar
pavimentadas o en afirmado (los
tratamientos superficiales suelen ser un buen
compromiso entre economía y funcionalidad
para estas vías).
• Terciarias (o veredales)
– Unen las veredas con las cabeceras
municipales, o veredas ente sí.
– Si se pavimentan, deben cumplir las
características geométricas de las vías
secundarias.
Señal vertical SI-01A que identifica a las rutas
departamentales en Colombia
Mapa de la red vial primaria y secundaria del
Tolima.
Tomado de www.invias.gov.co

– El terreno se puede clasificar en cuatro
clases
La pendiente transversal es perpendicular al
sentido de circulación.
La pendiente longitudinal se da en el sentido en
el que circulan los vehículos. En esta fotografía
se aprecia la diferencia de velocidad entre
vehículos ligeros y pesados a causa de la
pendiente.
Terreno
Pendiente
transversal
Pendiente
longitudinal
Movimiento
de tierras
Velocidad
vehículos
pesados
Plano < 5° < 3% Mínimo
≈ vehículos
livianos
Ondulado 6° - 13° 3% - 6% Moderado
< vehículos
livianos
Montañoso 13° - 40° 6% - 8% Grande
<< vehículos
livianos
Escarpado > 40° > 8% Máximo
<<< vehículos
livianos
Fuente: Manual de diseño geométrico de carreteras, INVIAS, 2008

– Según sus características físicas y
operativas, las carreteras pueden ser:
• Autopistas
– Los diferentes sentidos de circulación deben
estar acomodados en calzadas separadas y
cada uno debe tener por lo menos dos
carriles.
– Cada vehículo que entre o salga debe
hacerlo de manera controlada haciendo
únicamente convergencias o divergencias a
velocidades relativas bajas.
– No debe poseer cruces a nivel, ni siquiera
controlados mediante semáforos.
– Las autopistas deben diseñarse para
soportar una circulación a alta velocidad
(mayor a 80 km/h ).
El control total de accesos en una autopista
implica que no pueden ingresar peatones.
Las dobles calzadas que se construyen
actualmente en Colombia no tienen
características suficientes para ser autopistas.

– Según sus características físicas y
operativas, las carreteras pueden ser:
• Multicarriles
– Cada sentido de circulación debe tener por lo
menos dos carriles, sin embargo, no es
necesario que se encuentren en calzadas
separadas.
– Pueden tener acceso directo desde los
márgenes y cruces a nivel, así como
semáforos.
• Dos carriles, dos sentidos
– Una sola calzada de dos carriles, uno para
cada sentido de circulación.
– Permite acceso desde las márgenes y cruces
a nivel no controlados.
La doble calzada Girardot – Ibagué que se
construye desde 2008 clasifica como una vía
multicarril, al igual que sus similares.
El Alto de La Línea en la vía Ibagué – Armenia
constituye un ejemplo de una carretera de dos
carriles dos sentidos.

– Existe una clasificación funcional de las
vías que es universalmente aceptada.
• Se basa en dos conceptos: Movilidad -la
facilidad de moverse sin interrupciones- y
accesibilidad -la facilidad para entrar y salir
a la vía y a las propiedades colindantes-.
• Cada vía favorece una función en detrimento
de la otra. No se pueden satisfacer las dos
al tiempo. De esta manera se tienen:
– Arterias: Máxima movilidad y muy limitada
accesibilidad. Estas vías permiten altas
velocidades.
– Colectoras: Transición entre las arterias y las
vías locales.
– Vías locales: Máxima accesibilidad y limitada
movilidad (baja velocidad).
Fuente: AASHTO, 2001
Aunque esta clasificación funcional es más
utilizada en zonas urbanas es igualmente
aplicable a cualquier grupo de carreteras.
Movilidad
Accesibilidad
Arterias
Colectoras
Locales

Características de las carreterasCaracterísticas de las carreteras
– Entre otras características, las carreteras
deben poseer:
• Seguridad
– Distancias de visibilidad y cambios de velocidad
graduales y previsibles
• Compatibilidad con el medio ambiente
– Definición de un trazado con el menor impacto
posible. Tratamiento adecuado de laderas
• Capacidad
– Continuidad en la circulación
• Economía
– En la construcción y la operación
• Estética
– Entorno agradable
• Comodidad
– Confort en la sensación de manejo
Una visibilidad suficiente permite a los
conductores maniobrar con seguridad.
El paisaje que rodea la carretera es
determinante, tanto para la estética de la vía
como para la comodidad y la seguridad de los
usuarios.
Catalina Rodriguez
Catalina Rodriguez

VelocidadVelocidad
– La velocidad es la relación entre la distancia
y el tiempo utilizado en recorrerla [V=x/t].
– En lo relativo al diseño de vías, esta relación se
expresa en km/h (o en mi/h en el sistema Inglés
de unidades).
• Velocidad de recorrido: El tiempo incluye las
demoras operacionales.
• Velocidad de marcha: Al tiempo se le
descuentan las demoras de cualquier tipo.
– En la medida que la velocidad de recorrido
se acerca a la de marcha, mejora la calidad
del servicio ofrecido por la carretera.
– La velocidad de recorrido determina el
tiempo de viaje y, por lo tanto los costos
debidos a ello.
Para varios cálculos en el diseño geométrico se
debe tener en cuenta el factor de conversión
entre las unidades que se manejan.
El costo del tiempo de viaje se puede percibir
como el valor que un usuario estaría dispuesto
a pagar por viajar más rápido. Con frecuencia
los ahorros debidos a la disminución del tiempo
de viaje justifican (junto con el ahorro en costos
de operación y accidentalidad) la construcción
de proyectos infraestructura de transporte.
3,6km/h
m/s
$

VelocidadVelocidad
– La velocidad es el parámetro básico para el
diseño de los elementos geométricos de
una vía.
– Para diseñar, se debe escoger una
velocidad que satisfaga las demandas de
servicio de los usuarios mediante un
compromiso entre seguridad y economía.
– La velocidad de diseño es aquella que se
toma como base para definir las
características de los elementos
geométricos de la vía. Los criterios para
definir la velocidad de diseño se verán más
adelante, en el siguiente capítulo del curso.
En principio, la velocidad depende del
conductor y del vehículo.
El exceso de velocidad se convierte en un chivo
expiatorio como causa de accidentes de tráfico.
En realidad, la relación entre accidentalidad y
velocidad es más compleja (ver
http://www.tfhrc.gov/safety/speed/speed.htm)
Hagen Marien
Shuets Udono (http://www.flickr.com/people/udono/)

CapacidadCapacidad
– Es el máximo número de vehículos que
pueden pasar (significa que se están
moviendo, por lo tanto la capacidad
equivale a una tasa de flujo máxima) por un
punto o sección de una carretera durante un
tiempo dado, bajo las condiciones
prevalecientes de la infraestructura, el
tránsito y los dispositivos de control (Cal y
Mayor y Cárdenas, 2006).
– La carretera debe ofrecer una capacidad tal
que sirva a la demanda proyectada a 20
años (volumen futuro) de manera efectiva,
segura y cómoda.
En Colombia, es común que las vías de acceso
a las principales ciudades colapsen por falta de
capacidad durante los planes retorno.
Tradicionalmente los problemas de capacidad
son atacados aumentando la oferta vial (más
carriles, p. ej,.), pero esto no es suficiente, se
requieren medidas más integrales.
Catalina Rodriguez

SeguridadSeguridad
– Más de 3000 personas mueren al día a
causa de accidentes de tráfico. 500 son
niños. (1)
– En GB las pérdidas debidas a accidentes de
tránsito ascienden al 1,5% del PIB, más de
lo que se invierte en infraestructura vial. (2)
– En Colombia ocurren a diario 450
accidentes que dejan 13 muertos, 5 de ellos
son motociclistas y 4 son peatones. (3)
– En 1999 en Ibagué los accidentes de
tránsito fueron la segunda causa de muerte
en personas entre 15 y 44 años. En Flandes
y El Espinal, la primera. (4)
Incremento de la tasa de accidentalidad entre
1980 y 1995. La mayoría de accidentes suceden
en países pobres o en desarrollo.
Tomado de
http://www.grsproadsafety.org/themes/default/pdfs/graphFatalities.pdf
Las campañas de prevención y educación vial
constituye uno de los métodos para atacar el
grave problema de la accidentalidad, sin
embargo, se requieren medidas integrales.
1. Facts and figures of a global crisis. Global Road Safety Partenrship.
http://www.grsproadsafety.org/knowledge-facts_and_figures_of_a_global_crisis-18.html
2. Campaign for Safe Road Design. http://www.saferoaddesign.com/
3. Fondo de Prevención Vial. http://www.fonprevial.org.co
4. El desarrollo humano en el Tolima y el derecho a la salud en los
municipios de Cajamarca, Chaparral, Espinal, Flandes, Ibagué, Ortega y
Rovira. Defensoría del pueblo et al.
5. http://en.wikipedia.org/wiki/World_Trade_center
Fondo de prevención vial
En comparación, 2750 personas murieron a causa del incendio y
posterior colapso de las Torres Gemelas en NY el 11-9-2001 (5)

SeguridadSeguridad
– Las causas de los accidentes son
complejas, a menudo resultan de una
mezcla de los tres elementos involucrados:
• El usuario
• El vehículo
• La vía
– El objetivo del diseñador de una carretera
debe ser el de evitar cualquier accidente
cuya causa sea atribuible a la vía.
• Una manera de lograrlo, es garantizar una
adecuada distancia de visibilidad para
brindarle a conductores y peatones, suficiente
tiempo para reaccionar ante los imprevistos.
La mayor parte de los accidentes de tránsito se
producen por culpa de los usuarios. Sin embargo,
cada causa involucra múltiples factores, p.ej., el
usuario puede estar fatigado, embriagado,
distraído, etc.
El diseño de las carreteras puede ayudar tanto
a prevenir accidentes como a provocarlos.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Img0a36.jpg

¿Cómo se consigue seguridad?¿Cómo se consigue seguridad?
– Se debe diseñar la carretera de tal forma que el
conductor de un vehículo deba tomar una decisión a
la vez y que nunca se vea sorprendido por
situaciones en las que deba tomar decisiones sin
tener suficiente tiempo para reaccionar.
– Se deben proteger los usuarios vulnerables:
peatones y ciclistas.
– Algunos factores preponderantes para que una
carretera sea segura son:
» Distancia de visibilidad (especialmente la de
parada)
» Curvatura
» Peralte
» El manejo de la velocidad
» El control de accesos
» La separación de la circulación
» La señalización
Varios estudios han encontrado (
http://www.tfhrc.gov/safety/speed/speed.htm)
que cuanto más alta sea la desviación de la
velocidad respecto de la media, mayor es la
probabilidad de sufrir un accidente.
Las intersecciones suelen ser sitios críticos de
accidentalidad. Cuando se diseñan y construyen
bien, las glorietas reducen la tasa de accidentes
y, sobre todo, su severidad.
http://www.flickr.com/photos/thatguyfromcchs08/

¿Cómo se consigue seguridad?¿Cómo se consigue seguridad?
– Distancia de visibilidad
» El diseño geométrico debe garantizar
que en todo momento se dispone de
suficiente distancia de visibilidad (por lo
menos de parada), de acuerdo a la
velocidad de diseño.
– Curvatura
» El diseño debe favorecer curvas con
menor grado de curvatura y apropiada
transición.
» Se deben evitar tramos que presenten
simultáneamente curvatura horizontal y
vertical, especialmente si la curva
vertical es convexa.
– Peralte
» Todas las curvas deben tener el peralte
adecuado en función de su velocidad y
curvatura.
– El manejo de la velocidad
» Los cambios de velocidad que imponga
la geometría de la vía no deben ser
bruscos.
– El control de accesos
» Una buena parte de los accidentes que
involucran vehículos lentos se debe a
que su baja velocidad es obligada por
la realización de un giro.
– La separación de la circulación
» El tráfico de peatones y ciclistas debe
estar apropiadamente separado del
tráfico vehicular.
» La separación de los sentidos de
circulación disminuye la probabilidad de
un choque frontal.
– La señalización
» Debe ser uniforme y pertinente para
que sea aceptada por los usuarios.

Otras característicasOtras características
– Compatibilidad con el medio ambiente
– Economía
» La economía no sólo se refiere a los costos de
construcción sino a los de mantenimiento y
operación.
» Tradicionalmente, bajos costos de construcción
conllevan altísimos costos de operación.
» Trazados con curvas muy cerradas y pendientes
elevadas limitan la velocidad (aumentan el tiempo
de viaje), elevan el desgaste y el consumo de los
vehículos, provocan más accidentes y averías
(obligan a que la vía permanezca cerrada durante
prolongados y frecuentes periodos) y finalmente,
generan más contaminación.
– Estética
– Comodidad
» Espirales de transición.
Túneles y viaductos que, en principio, presentan
costos de construcción elevados, generan
ahorros en los costos de operación y
mantenimiento que, a la larga, terminan siendo
más significativos. De hecho, los altos costos de
transporte en Colombia le restan competitividad
a sus productos de exportación.
Catalina Rodriguez

El proyecto de una carreteraEl proyecto de una carretera
• En general, se pueden
definir dos proyectos
diferentes que presentan
ligeras diferencias
respecto a su diseño:
– El proyecto de una
carretera nueva
– El proyecto de
mejoramiento de una
carretera existente
• Todo proyecto debe partir
de una necesidad
claramente definida

Proyecto de una carretera nuevaProyecto de una carretera nueva
• Fase 1 – Pre-factibilidad
– Evaluar si el proyecto tiene
posibilidades de ser viable
económicamente
• Fase 2 – Factibilidad
– Definir si el proyecto es
rentable a partir de datos
más detallados
• Fase 3 – Diseños
definitivos
– Elaborar los diseños
detallados que permitan
construir la carretera
La construcción del par vial Romelia – La Postrera, para las Autopistas
del Café es un buen ejemplo de un proyecto de carretera nueva en
Colombia. En la foto se observa el viaducto helicoidal, tal vez la obra
más emblemática de toda la concesión. Risaralda, CO.

Fase 1 - PrefactibilidadFase 1 - Prefactibilidad
1.Adquisición de cartografía
– Mapas topográficos y geológicos de la zona, fotografías
aéreas, restituciones fotogramétricas, imágenes de
satélite o SIG
2.Estudio de tránsito
– Proyección del tránsito a 20 años (VHD y composición)
3.Identificar posibles corredores de ruta
– Estabilidad geológica y geotécnica, terreno, drenaje,
cauces, fuente de materiales, ecosistemas. Se pueden
trazar líneas de ceros provisionales
4.Reconocimiento aéreo
– Si es necesario para corroborar supuestos realizados a
partir de la cartografía
Para cada uno de los corredores:
5.Reconocer tramos homogéneos
– Determinados por el terreno. Mínimo 3 km o 4 km
6.Asignar velocidad de diseño preliminar a
cada tramo homogéneo (ver capítulo 2)
7.Trazado de línea de ceros
Sobre restituciones 1:10 000. Conservando la
pendiente media máxima (PMmáx
), en función de la
velocidad de diseño del tramo homogéneo (VTR
), entre
los puntos secundarios que marcan las fronteras entre
tramos
8.Reconocimiento terrestre
Permite descartar algunos corredores
9.Ajuste de los tramos y sus velocidades
10.Estudio de capacidad y nivel de servicio
A partir del diseño preliminar de un subtramo
representativo. Se debe calcular el volumen horario
que hace que la velocidad de operación sea la mínima
necesaria para un nivel de servicio D. Dicho volumen
se compara con el VHD del año 20 y se concluye si la
velocidad de diseño escogida para el tramo es
adecuada
11.Asignación de la velocidad de diseño
definitiva
Si es necesario cambiar la velocidad de diseño debido
a los resultados del punto 10, se debe revisar el
procedimiento desde el punto 5

Fase 1 - PrefactibilidadFase 1 - Prefactibilidad
12.Trazado de línea de ceros en el terreno
– Según las modificaciones surgidas del punto 11
13.Elaboración del croquis de la línea de
ceros
– Si el resultado de la prefactibilidad indica que es
necesario continuar con el estudio, es necesario dibujar
los datos de la línea de ceros del terreno a partir de
topografía de baja precisión
14.Estudio preliminar de impacto ambiental
15.Evaluación económica preliminar
– Comparar durante un periodo determinado el costo
inicial de construcción y el costo de mantenimiento y
operación con los beneficios, representados en los
ahorros en el costo de operación y el tiempo de viaje
16.Informe final de la fase 1
Si el resultado de la fase 1 es favorable, se
debe escoger el, o los, corredores con mayor
posibilidades de ser viables para continuar
con la siguiente fase.
Túnel de Occidente en Antioquia. Actualmente el túnel vehicular más
largo de Colombia (4,6 km).

Fase 2 - FactibilidadFase 2 - Factibilidad
1.Reconocimiento terrestre del corredor
2.Replanteo de la línea de ceros en el terreno
– A partir del croquis realizado en la fase 1
3.Levantamiento topográfico del corredor
4.Estudio preliminar de la estratigrafía a lo
largo del corredor
5.Diseño definitivo del eje en planta,
prediseño en perfil, prediseño en sección
transversal
6.Estudio definitivo de impacto ambiental
7.Diseños y estudios preliminares
complementarios
– Taludes, predios, pavimentos, estructuras,
intersecciones, botaderos, señalización, etc.
8.Presupuesto preliminar
9.Evaluación económica definitiva
10.Informe final fase 2
Durante la evaluación de un proyecto vial no se puede descuidar
ninguno de los aspectos relevantes. El presupuesto preliminar debe
incluir por lo menos los siguientes rubros: Adquisición de predios,
movimiento de tierras, estabilización de laderas, obras de drenaje
menor (cunetas, alcantarillas, box culverts, etc.), estructuras
(pontones, puentes, túneles, muros, etc.), intersecciones, pavimento,
señalización y demarcación, amoblamiento vial (luminarias, paraderos,
postes SOS, etc.), obras de mitigación ambiental e interventoría de la
construcción.

Fase 3 – Diseños definitivosFase 3 – Diseños definitivos
1.Eventual mejoramiento de la topografía
.2 Evaluación geotécnica a lo largo de la
carretera
.3 Estudios previos para el diseño en perfil y
sección transversal
.4 Diseño definitivo del eje en perfil
.5 Diseño definitivo de la secciones
transversales
.6 Análisis del movimiento de tierras
.7 Estudios y diseños complementarios
definitivos
.8 Elaboración del presupuesto definitivo
.9 Documentación final
– Planos planta – perfil
– Planos de sección transversales cada 10 m y en
abscisas especiales
– Carteras de campo y oficina
– Planos detallados y memorias de cálculo punto 7
– Pliegos de licitación para construcción
Los diseños definitivos deben ser suficientemente
detallados para permitir que la construcción se
realice sin contratiempos.

Proyecto de mejoramientoProyecto de mejoramiento
• En general, el mejoramiento
continuo de las
especificaciones de diseño
exige una mejora efectiva en
las vías. Existen tres razones
principales que justifican un
proyecto de este tipo:
– El incremento en el volumen de
tránsito
• Aumento de capacidad
– La pavimentación de una vía
destapada
• Aumenta la velocidad
– La eliminación de sitios críticos de
accidentalidad o inestabilidad
Ejemplo del diseño geométrico del mejoramiento de una vía
existente. Tomado del Manual de diseño geométrico de
carreteras, INVIAS, 2008, p. 30

Proyecto de mejoramientoProyecto de mejoramiento
• El mejoramiento se lleva a
cabo en tres fases también:
– Fase 1:
• Estudio de alternativas
– Fase 2:
• Diseño preliminar de la
alternativa escogida
– Fase 3:
• Diseños definitivos La construcción de los diferentes viaductos de la vía Ibagué –
Cajamarca implicaron el proyecto de diseño del mejoramiento de
varios tramos de carretera, así como el diseño geométrico de los
mismos puentes. En la foto aparece el viaducto La Cerrajosa.
Tolima, CO.

Algunas palabras rarasAlgunas palabras raras
• Puerto seco
– En diseño de vías un puerto seco se refiere al sitio más adecuado
para cruzar una línea divisoria de aguas. Esta a su vez, es una línea
imaginaria que divide las pendientes que tienen direcciones
opuestas. En especial, el concepto de puerto seco se utiliza para
determinar los puntos en los que resulta mejor cruzar la cima de una
montaña. Por ejemplo, La Línea (el cruce de la cordillera Central en
la vía Ibagué – Armenia) es un puerto seco.
• Ponteadero
– Un ponteadero es el sitio que parezca ideal para cruzar un cauce de
agua con el resultado de la obra (puente o pontón) más económica.
Antes, la idea era que los puentes resultaran lo más bajos y cortos
posibles. En la actualidad se justifica la construcción de estructuras
más costosas para reducir los costos de operación y mantener las
especificaciones geométricas y la seguridad de la vía.

BibliografíaBibliografía
• American Association of State Highway and Transportation Officials. A
policy on geometric design of highways and streets. AASHTO,
Washington D.C., 2001. ISBN 1-56051-156-7
• Cárdenas Grisales, James. Diseño Geométrico de Carreteras. Ecoe
ediciones. Bogotá. 2002. Código topográfico de la Biblioteca de la
Universidad: 625.7 C266 di
• Chocontá Rojas, Pedro Antonio. Diseño Geométrico de Vías. Editorial
Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá. 1998. Código topográfico de
la Biblioteca de la Universidad: 625.7 Ch545
• Federal Highway Administration. Geometric design practices for
european roads. US Department of transportation, 2001. Disponible en
http://international.fhwa.dot.gov/pdfs/geometric_design.pdf
• Instituto Nacional de Vías, INVIAS, Ministerio de Transporte. Manual de
Diseño Geométrico de Carreteras. Bogotá. 2008.

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Diseño geométrico de vías
Ingeniería Civil
Capítulo 2
Controles para el diseño geométrico
2009A

¿Qué voy a encontrar aquí?¿Qué voy a encontrar aquí?
• ¿Cómo se escoge la velocidad de diseño?
– ¿Todos los elementos tienen la misma velocidad de diseño?
– ¿De qué manera la seguridad depende de la velocidad?
• ¿Cuáles son los vehículos de diseño?
– ¿Qué implica escoger un determinado vehículo de diseño?
• ¿Qué es distancia de visibilidad?
– ¿Qué es distancia de visibilidad de parada y cómo se calcula?
– ¿Qué es distancia de visibilidad de adelantamiento y cómo se
calcula?
– ¿Es verdad que no se debe adelantar en curva (horizontal)?
– ¿De qué manera influye las distancias de visibilidad en el
diseño de la carretera?

VelocidadVelocidad
• Velocidad puntual: Es la velocidad de un vehículo a su paso por un punto de la
carretera en un instante dado.
• Velocidad media temporal: Es el promedio aritmético de la velocidad
puntual de un grupo de vehículos observados durante un intervalo de tiempo dado.
• Velocidad media espacial: Promedio aritmético de la velocidad puntual de
todos los vehículos que un instante determinado se encuentren en un tramo de carretera.
• Velocidad de recorrido: Ver capítulo 1.
• Velocidad de marcha: Ver capítulo 1.
• Velocidad de diseño o de proyecto: Aquella que se utiliza para
diseñar los elementos geométricos de la carretera.
• Velocidad específica o de operación: Se puede definir como la
velocidad que adopta la mayoría de los conductores al recorrer un elemento geométrico de
la carretera en particular [cuando se encuentran en condiciones de flujo libre].

Velocidad de diseñoVelocidad de diseño
• Antes se definía la velocidad de diseño
como “la máxima velocidad segura y
cómoda que puede ser mantenida en un
tramo determinado de una vía, cuando
las condiciones son tan favorables, que
las características geométricas de la vía
predominan”. (1)
• En la actualidad, se considera que la
velocidad de diseño es simplemente la
velocidad seleccionada para determinar
el diseño de los distintos elementos
geométricos de cada tramo de la vía. (2)
1. Cárdenas, James. Diseño geométrico de carreteras. Ecoe ediciones, 2005. p. 6. Esta definición
fue adoptada por el Manual de diseño geométrico para carreteras del INVIAS, 1998.
2. American Association of State Highway and Transportation Officials. A policy on geometric
design of highways and streets. 2001. Esta definición ha sido adoptada en la versión 2008 del
Manual de diseño geométrico de carreteras del INVIAS.
La velocidad de diseño determina las
características de los elementos geométricos
que componen una vía, por ejemplo, el radio de
una curva circular.

• Particularmente en Colombia la velocidad de
operación suele ser mayor a la de diseño. De
manera que no es adecuado considerar a una
velocidad superior a la de diseño como insegura
per se.
• Si se tiene la posibilidad de realizar un estudio
de velocidad, un indicativo para escoger la de
diseño corresponde a aquella que sólo el 2% de
los conductores la supere. Dicho de otro modo,
que el 98% de ellos viaje, cuando mucho, a esa
velocidad.
• Existe la tendencia a no utilizar velocidades de
diseño mayores a 120 km/h. (1)
• En Colombia, nominalmente, la máxima
velocidad de diseño es de 110 km/h. Sin
embargo, es difícil encontrar carreteras
diseñadas para más de 90 km/h, pese a que el
límite actual es de 120 km/h en vías rurales.
1. Cal y Mayor, Rafael y Cárdenas, James.
Ingeniería de tránsito. Fundamentos y
aplicaciones. Alfaomega, 2006. p. 221
http://www.flickr.com/photos/cesarastudillo/215987893/

Tramos homogéneosTramos homogéneos
• Para que la vía sea
segura, la velocidad de
diseño debe ser lo más
estable posible. Para
lograrlo se escogen
tramos que, por su
topografía, presentan
condiciones homogéneas
que permiten asignarles
una misma velocidad de
diseño, la velocidad de
diseño del tramo
homogéneo (VTR)
3 km
Longitud mínima para un
tramo homogéneo cuando la
velocidad de diseño esté
entre 20 km/h y 50 km/h
4 km
Longitud mínima para un
tramo homogéneo cuando la
velocidad de diseño esté
entre 60 km/h y 110 km/h
20 km/h
Máxima diferencia en la
velocidad de diseño de dos
tramos homogéneos
sucesivos
10 km/h
Máxima diferencia en la
velocidad de diseño de dos
tramos homogéneos
sucesivos, siempre y
cuando las condiciones del
terreno exijan un tramo de
menor longitud que la
especificada más arriba

Velocidad de diseño del tramoVelocidad de diseño del tramo
homogéneo (Vhomogéneo (VTRTR))
Tabla 2.1 del Manual de diseño geométrico de carreteras, INIVAS, 2008. p. 38
• La velocidad de diseño del
tramo depende
primordialmente de:
– El tipo de vía
– El tipo de terreno
• Pero también se escoge en
función de:
– Servicio a ofrecer
– Facilidades de financiamiento
– Facilidades de acceso
– Consideraciones ambientales
– Volúmenes de tránsito
– Usos del suelo, en especial la
ocupación de la zona aledaña a la
carretera

Velocidad específica de losVelocidad específica de los
elementoselementos
• Uno de los cambios
introducidos en la versión
2008 del Manual de
diseño geométrico de
carreteras del INVIAS
consiste en la evaluación
de una velocidad de
diseño diferente para
cada elemento de los que
integran el trazado de la
vía en planta y perfil.
La velocidad de diseño específica de un elemento de la carretera
depende del valor que se haya seleccionado como velocidad de
diseño del tramo homogéneo (VTR) y, particularmente, de la geometría
del trazado inmediatamente anterior al elemento considerado,
teniendo en cuenta el sentido de circulación de los vehículos.
VTR + 20 km/h
Máxima diferencia en la velocidad de diseño específica de
un elemento y la velocidad de diseño del tramo homogéneo.
En ningún caso puede ser menor a la VTR.

elementos en plantaelementos en planta
• Velocidad específica de la curva horizontal (VCH)
– Está en función de:
• La velocidad de diseño del tramo en el que se encuentra la curva
(VTR)
• El sentido de circulación
• La velocidad específica de la curva horizontal anterior
• La longitud del segmento recto anterior
– Se entiende por segmento recto la distancia entre el PT de la curva
anterior y el PC de la analizada, o entre los puntos medios de las
espirales si las curvas son espiralizadas.
• El ángulo de deflexión de la curva analizada

• Velocidad específica de la
curva horizontal (VCH)
– Según el manual de diseño del
INVIAS (2008), se pueden
presentar cinco situaciones
cuando un conductor se
acerca a una curva horizontal:
• Caso 1: La longitud del
segmento recto es muy corta
y el conductor juzga que no
tiene tiempo suficiente para
obtener plena claridad sobre
la curva siguiente, por lo tanto,
no modifica su velocidad.
En este caso 1 la velocidad específica de la curva
horizontal (VCH) analizada debe ser igual a la de
la curva horizontal inmediatamente anterior (en el
sentido de circulación).

segmento recto es
relativamente corta (el
conductor percibe que la
curva está muy cerca). Si el
ángulo de deflexión de la
curva es menor a 45° el
conductor tiene una noción
razonablemente clara de la
situación. En consecuencia,
no modifica su velocidad.
horizontal (VCH) analizada debe ser igual a la de
la curva horizontal inmediatamente anterior (en el
sentido de circulación).

segmento recto es
relativamente corta (el
conductor percibe que la
curva está muy cerca). Si el
ángulo de deflexión de la
curva es mayor o igual a 45°
el conductor tiene una noción
incierta del trazado que sigue.
En consecuencia, reduce su
velocidad al aproximarse a la
curva.
horizontal (VCH) analizada debe ser 10 km/h
menor a la de la curva horizontal inmediatamente
anterior (en el sentido de circulación).

segmento recto es
suficientemente larga para
que los conductores
incrementen su velocidad al
salir de la curva anterior. Sin
embargo, no hay suficiente
tiempo para que el incremento
sea drástico.
mayor a la de la curva horizontal inmediatamente
anterior (en el sentido de circulación).
Catalina Rodriguez

• Caso 5: El segmento recto
presenta una longitud
relativamente larga, suficiente
para que los conductores
decidan aumentar la velocidad
20 km/h por encima de la
velocidad de diseño del tramo
homogéneo (VTR) al que
pertenecen las curvas
horizontales. En este caso 5 la velocidad específica de la curva
mayor a la velocidad de diseño del tramo
homogéneo (VTR)
Catalina Rodriguez

• Velocidad específica de la curva horizontal (VCH)
Tabla 2.2 del Manual de diseño geométrico de carreteras, INIVAS, 2008. p. 43

entretangencia horizontal
(VETH)
– La entretangencia horizontal es
el espacio que existe entre dos
curvas horizontales sucesivas
(similar al segmento recto del
que se venía hablando).
– La velocidad específica de la
entretangencia horizontal (VETH)
debe ser la mayor de las
velocidades específicas de las
curvas horizontales (VCH) que
enmarcan la entretangencia.

elementos en perfilelementos en perfil
curva vertical (VCV)
– Si la curva vertical coincide
con una curva horizontal,
VCV debe ser igual a VCH
– Si la curva vertical está
localizada dentro de una
entretangencia horizontal,
VCV debe ser igual a VETH
tangente vertical (VTV)
– Debe ser igual a la
velocidad de la
entretangencia horizontal

¿Para que sirven las anteriores¿Para que sirven las anteriores
velocidades?velocidades?
• Velocidad de diseño del tramo homogéneo (VTR)
– Determina las velocidades de diseño específicas de los elementos y guía de
manera general el diseño de cada tramo.
• Velocidad de la curva horizontal (VCH)
– Sirve como parámetro para determinar el radio, el peralte, el sobreancho y la
longitud de las espirales.
– Determina la distancia de visibilidad de parada y adelantamiento.
• Velocidad de la entretangencia horizontal (VETH)
• Velocidad de la curva vertical (VCV)
– Sirve como parámetro de cálculo para la longitud de la curva vertical y la
distancia de visibilidad de parada y adelantamiento.
• Velocidad de la tangente vertical (VTV)

Consistencia en el diseñoConsistencia en el diseño
• El diseño consistente se logra cuando la velocidad de diseño
de todos los tramos y elementos ha sido escogida de manera
apropiada.
• Así se garantiza que los conductores no deberán cambiar su
velocidad de operación bruscamente obligados por las
características geométricas de la carretera.
• Lo anterior se traduce en seguridad, es decir, menos
accidentes, menos heridos, menos muertes, menos daños a la
propiedad.
• Lo ideal es que todos los elementos tuvieran la misma
velocidad de diseño (y que fuera igual a VTR).
• Los criterios explicados para escoger las velocidades
específicas y la longitud de los tramos resultan en un diseño
consistente.

¿Cómo controlar la velocidad?¿Cómo controlar la velocidad?
• La mejor manera:
– Con el diseño (self-
enforcement)
• Una manera eficaz para
sitios críticos:
– Con dispositivos de control
• La medida menos eficaz:
– Limitaciones legales
• Una que es eficaz, pero
limitada en el tiempo y el
espacio:
– Control policial
Si la desviación estándar de las velocidades tomadas en una
carretera en determinado periodo de tiempo es pequeña (es decir,
todos los vehículos viajan casi a la misma velocidad) se disminuirían
las probabilidades de accidentes cuya causa esté asociada a la
velocidad. Esta es la razón por la cual en algunos sitios existen
límites mínimos.
The truth about. http://flickr.com/photos/thetruthabout

Vehículo de diseñoVehículo de diseño
• El vehículo de diseño es
aquel que sea representativo
de todos los vehículos que
puedan circular por la vía.
• El vehículo de diseño
determina buena parte de las
dimensiones de la vía.
• La selección del vehículo de
diseño debe corresponderse
con la composición vehicular
que arroje el estudio de
proyección de tránsito.
Cuando se trata de intersecciones la elección del vehículo
de diseño es crucial, especialmente porque determina el
radio mínimo de giro.

• En Colombia se distinguen
dos tipos de vehículos:
– Vehículos livianos: Aquellos
con una capacidad de carga
menor a 5 toneladas
(automóviles, camionetas,
camperos).
– Vehículos pesados: Los que
puedan soportar más de 5
toneladas (buses y camiones).
Pese a que, en la mayoría de carreteras, los vehículos
ligeros son más numerosos que los pesados, es necesario
tener en cuenta estos últimos para determinar dimensiones
en la sección transversal de la vía. Los vehículos ligeros, en
cambio, suelen ser más determinantes en el diseño de
parqueaderos.
Catalina Rodriguez

• Se consideran 6 categorías de vehículos dentro de los
tres tipos mencionados:
Tabla 2.4 del Manual de diseño geométrico de carreteras. INVIAS, 2008.
Dimensiones principales de los vehículos de diseño

Vehículo livianoVehículo liviano
Figura 2.2 del Manual de diseño geométrico de carreteras. INVIAS, 2008.

Bus medianoBus mediano

Bus grandeBus grande

Camión C2Camión C2

Camión C3Camión C3

Camión C3S2Camión C3S2

Distancia de visibilidadDistancia de visibilidad
• La distancia de visibilidad se
define como “la longitud de
carretera continua que es visible
hacia adelante por el conductor
de un vehículo que circula por
ella” (INVIAS, 2008).
• Existen varias distancias de
visibilidad que se deben tener en
cuenta según las características
de la carretera:
– De parada (Dp)
– De adelantamiento (Da)
– De cruce (Dc)
– De encuentro
– De decisión

Distancia de visibilidad deDistancia de visibilidad de
parada (Dp)parada (Dp)
• Es la distancia necesaria
para que el conductor de
un vehículo pueda
detenerlo por completo
ante la presencia de un
obstáculo en la vía.
• La distancia de visibilidad
de parada se debe
garantizar en todos los
tramos y elementos de la
carretera, de acuerdo a la
velocidad específica de
cada uno.
• Distancia de percepción-reacción
– La que transcurre durante el tiempo de
percepción-reacción (PIEV), es decir,
desde el momento en el que el
obstáculo es visible al conductor hasta
que este aplica los frenos. Se asume
un movimiento uniforme a velocidad
constante.
• Distancia de frenado
– La que se recorre mientras el vehículo
se detiene por completo, desde el inicio
de la aplicación de los frenos. Se
asume un movimiento uniformemente
acelerado.
DPIEV =Ve tPIEV 
d=
V i
2
−V f
2
2a
Con pendiente p
d=
Vi
2
−V f
2
2g
a
g
±p
Vía a nivel

parada (Dp)parada (Dp)
• Un tiempo PIEV de 2,5 s
recoge la reacción de la
mayoría de conductores.
• Una tasa de deceleración
de 3,4 m/s² garantiza una
frenada cómoda y segura
para la mayoría de
conductores y vehículos.
• La velocidad final, desde
luego, es nula.
• Distancia PIEV (DPIEV):
• Distancia de frenado (d):
• Distancia de visibilidad de
parada (Dp):
DPIEV =
V e2,5s
3,6
km/h
m/s
= 0,695V e
d =
V e
2

1m/s
3,6km/h

2
29,81m/s
2
[
3,4 m/s2
9,81m/s2 ±p]
=
V e
2
2540,347±p
Dp = 0,695Ve 
Ve2
2540,347±p
Dp: Distancia de visibilidad de parada en m
Ve: Velocidad específica del elemento en
análisis en km/h
p: Pendiente del tramo expresada en decimales

adelantamiento (Da)adelantamiento (Da)
• Corresponde a la
distancia de visibilidad
necesaria para que un
vehículo pueda
sobrepasar a otro de
manera segura, sin
interferir con un tercer
vehículo que circule en
sentido contrario.
• Sólo se considera en
carreteras de dos carriles,
dos sentidos.
Tomado del Manual de diseño geométrico de carreteras, INVIAS, 2008.
De acuerdo a estudios realizados por la AASHTO, la
maniobra de adelantamiento se puede dividir en cuatro
fases, agrupadas de manera general en dos etapas. A cada
una de las fases le corresponde una distancia. Por
consiguiente, la distancia de visibilidad de adelantamiento
(Da) corresponde a la suma de estas cuatro longitudes.

Durante la Fase 1 el conductor del vehículo que adelanta toma la decisión de realizar la
maniobra. En consecuencia, acelera y ocupa el carril contrario.
d1 = 0,278t1V −m
a⋅t1
2

d1
: Distancia recorrida durante la fase 1
expresada en metros
t1
: Tiempo de la maniobra durante la fase
1 en segundos
V: Velocidad del vehículo que adelanta
en km/h
m: Diferencia entre las velocidades del
vehículo que adelanta y el adelantado.
Se asume que m = 15 km/h
a: Aceleración que el vehículo necesita
para iniciar la maniobra de
adelantamiento en km/h/s

En la Fase 2 el vehículo que adelanta utiliza el carril opuesto para sobrepasar otro
vehículo y, una vez lo juzgue seguro, regresar a su carril.
d2 = 0,278t2⋅V
d2
: Distancia recorrida durante la fase 2
expresada en metros
t2
: Tiempo de la maniobra durante la fase
1 en segundos
V: Velocidad del vehículo que adelanta
en km/h

adelantramiento (Da)adelantramiento (Da)
La Fase 3 se corresponde con una distancia de seguridad que debe guardarse entre el
vehículo que adelanta (que acaba de entrar a su propio carril) y el vehículo que circula
en sentido contrario.
La Fase 4, por su parte, consiste en la distancia recorrida por el vehículo que circula en
sentido contrario mientras el otro realizaba su maniobra de adelantamiento.
d3 = [30m , 90m]
d3
: Distancia de seguridad entre el
vehículo que adelanta y el que circula en
sentido contrario. Fluctúa entre 30 m y
90 m en función de la velocidad de la
maniobra.
d4 =
2
3
d2
d4
: Distancia que recorre el vehículo que
circula en sentido contrario. Se considera
igual a dos tercios de d2 porque si el
vehículo que adelanta no alcanza a
superar esa longitud mientras se
aproxima el vehículo que viene frente a
él, generalmente suspende la maniobra y
retorna a su carril.
d2
: Distancia de la Fase 2.

Da = d1d2d3d4 = 0,278
{t1V −m
a⋅t1
2 
5
3
V⋅t2}d3

• Cualquier tramo de la carretera que tenga una distancia
de visibilidad mayor a Da permite el adelantamiento sin
importar su geometría (una curva horizontal p.ej.).
• Las oportunidades de adelantamiento están
relacionadas directamente con la capacidad de las
carreteras de dos carriles dos sentidos. Por ello, se
deben garantizar subtramos con suficiente visibilidad.
• En un tramo de 5 km deben encontrarse tramos para
adelantar que sumen la longitud indicada (en
porcentaje) en la siguiente tabla:
VTR (km/h) 20 - 50 60 - 80 90 - 100
% del tramo de 5 km con
visibilidad de adelantamiento
20% 30% 40%

• American Association of State Highway and Transportation Officials. A
policy on geometric design of highways and streets. AASHTO,
Washington D.C., 2001. ISBN 1-56051-156-7
• Cal y Mayor, Rafael y Cárdenas, James. Ingeniería de tránsito.
Fundamentos y aplicaciones. Alfaomega. Bogotá, 2006
• Cárdenas Grisales, James. Diseño Geométrico de Carreteras. Ecoe
ediciones. Bogotá. 2002.
• Instituto Nacional de Vías, INVIAS, Ministerio de Transporte. Manual de
Diseño Geométrico de Carreteras. Bogotá. 2008.

Ing. Édgar Jiménez ∙ Universidad de Ibagué
http://doblevia.wordpress.com
“Los pueblos en los que la
juventud no piensa, por miedo
al error y a la duda, están
destinados a ser colonias”
Fernando González
Envigado, 1895 - 1964

Diseño Geométrico de VíasDiseño Geométrico de Vías
Capítulo 1: Introducción
➜ Sistemas de transporte
➜ Diseño geométrico

Sistemas de TransporteSistemas de Transporte
Transporte: Trasladar
personas o cosas de
un lugar a otro.
Modos de transporte:
✱ Los que no recurren a
artefactos móviles
autopropulsados o
vehículos:
✲ Cables, canales y
ductos en general.
© Todos los derechos reservados. Mario Casas. 2004

Sistemas de TransporteSistemas de Transporte
Modos de transporte:
✱ Los que recurren a
vehículos:
✲ Transporte aéreo.
✲ Transporte acuático.
✲ Transporte terrestre.

Transporte terrestreTransporte terrestre
Los transportes terrestres pueden ser:
✱ Por vías no acondicionadas o poco acondicionadas.
✱ Por carreteras o vías especialmente
acondicionadas.
✱ Sobre vías férreas o ferrocarriles.
+ Canales de navegación
DISEÑO GEOMÉTRICODISEÑO GEOMÉTRICO

Diseño GeométricoDiseño Geométrico
✱ Chocontá:
Es “el proceso de correlacionar los elementos
físicos de la vía con las condiciones de operación
de los vehículos y las características del terreno”.

Elementos físicos de la víaElementos físicos de la vía
Geometría
Tomada de http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Col_de_Braussmall.jpg

VehículosVehículos
Dimensiones
Tomada de http://en.wikipedia.org/wiki/Image:RoadTrains_2005_SeanMcClean.jpg
Tomada de http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Peugeot_206_front.jpg

Velocidad

Conductor
Tomada de http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Dummies.jpg

TerrenoTerreno
Tipo de terreno Plano Ondulado Montañoso Escarpado
Pendiente longitudinal (%) < 3 3 – 6 6 – 8 > 8
Pendiente transversal (%) < 5 5 – 12 13 40 > 40
k 0 +000 k 0 +050 k 0 +100 k 0 +150 k 0 +200 k 0 +250 k 0 +300
132
134
136
138
140
142
144
146
148
Pendiente longitudinal del terreno
Vía
Terreno

8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
129
131,5
134
136,5
139
141,5
144
146,5
Pendiente transversal del terreno
Sección k0+090
Vía
Terreno


TerrenoTerreno
Pendiente
transversal
Pendiente
longitudinal

TerrenoTerreno
Pendiente
transversal

Diseño GeométricoDiseño Geométrico
Se puede considerar que el Diseño
Geométrico de una vía está basado
en leyes de la física clásica. Sin
embargo, las variables condiciones
de operación de una carretera
hacen que algunas simplificaciones
de la física no reflejen fielmente la
realidad. Por ello, desde finales del
siglo pasado, investigadores (TRB)
han recomendado que el diseño se
base en el comportamiento de los
conductores.

Proceso de diseñoProceso de diseño
1.¿Para qué se hace la vía? = Conocer el uso futuro
(clasificación funcional)
2.Determinar las relaciones de las vías = Interconexiones
3.Definir las especificaciones preliminares
4.Conocer el volumen y la composición del tránsito
(proyectado)
5.Conocer la geología y topografía del terreno
6.Aplicar las normas de diseño e impacto ambiental
7.Determinar el derecho de vía (franja de terreno)
8.Calcular el presupuesto
9.Realizar un análisis económico y de aumento del tráfico

¡Pero falta un paso!
La infraestructura del transporte generalmente se constituye en
proyectos de gran escala. Afecta una amplia zona, tanto social
como ambientalmente. No sólo tiene que ver con las
características técnicas (capacidad y movilidad), sino con la
vida y la cultura de las personas afectadas, así como con la
relación con el entorno cultural y natural. De allí que se haga
necesaria una permanente, oportuna y amable
Socialización del proyecto.

Socialización del proyectoSocialización del proyecto
© Todos los derechos reservados.Concesionaria San Rafael S. A. 2008

Recientemente, se habla de Diseño en contexto, que
implica satisfacer al mismo tiempo las necesidades de
seguridad, movilidad, armonía con el medio ambiente y
preservación de los valores de las comunidades afectadas.
Para lograrlo, resulta esencial que el equipo diseñador se
involucre con el público general, que este último conozca las
intenciones del proyecto; pero sobre todo, que los diseñadores
conozcan las necesidades particulares de las comunidades,
antes de intentar soluciones estandarizadas y centralizadas.
Dicha relación con el público debe ser constante y desde los
momentos más tempranos del proyecto.

CarreteraCarretera
Infraestructura del transporte especialmente
acondicionada dentro de una franja de terreno
denominada derecho de vía, con el propósito de
permitir la circulación de vehículos de manera continua
en el espacio y el tiempo, con niveles adecuados
de seguridad y comodidad.

Características de la carreteraCaracterísticas de la carretera
✱ Seguridad: Diseño simple y uniforme (cambios de
velocidad graduales = Diseño consistenteDiseño consistente).
✱ Comodidad: Mayores radios de giro, espirales.
✱ Estética: El paisaje de la ruta debe ser agradable.
✱ Economía: Bajos costos de construcción y
mantenimiento.
✱ Compatibilidad con el medio ambiente.

Factores externos al diseñoFactores externos al diseño
Son los elementos que el diseñador no puede
cambiar a conveniencia:
✲ Topografía
✲ Geología
✲ Clima
✲ Factores socioeconómicos
✲ Desarrollo urbano presente y futuro (previsto)
✲ Volumen y características del tránsito futuro y actual

Factores internos en el diseñoFactores internos en el diseño
Son los elementos que el diseñador puede
manejar de acuerdo a su criterio técnico y
económico:
✱ Velocidades
✱ Efectos operacionales de la geometría
✱ Seguridad exigida
✱ Estética y armonía del diseño
Modificando estos factores el ingeniero puede llegar a
un buen diseño que determine un replanteo sencillo.

Métodos de diseño geométricoMétodos de diseño geométrico
✱Convencional
✱Directo
✱Fotogramétrico
✱Mejoramiento
© Alain Fradette. “There are no usage restrictions for this photo”.
http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Cabot_Trail.jpg

Lectura adicionalLectura adicional
Capítulo 2 (Algunas
características generales
de diseño) del libro Diseño
Geométrico de Vías de
Pedro Antonio Chocontá.

Una buena parte de estos apuntes de clase tienen
aportes textuales de los siguientes libros:
✱ Cárdenas Grisales, James. Diseño Geométrico de Carreteras.
Ecoe ediciones. Bogotá. 2002. Código topográfico de la Biblioteca
de la Universidad: 625.7 C266 di
✱ Chocontá Rojas, Pedro Antonio. Diseño Geométrico de Vías.
Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá. 1998.
Código topográfico de la Biblioteca de la Universidad: 625.7
Ch545
✱ Instituto Nacional de Vías, INVIAS, Ministerio de Transporte.
Manual de Diseño Geométrico para Carreteras. Bogotá. 1998.

Notas de derechosNotas de derechos
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Capítulo 2: Carreteras
➜ Características
➘ Velocidad
➘ Capacidad
➘ Seguridad
➜ Clasificación
(Día 2)

VelocidadVelocidad
Es el elemento básico para el diseño
geométrico y sirve de parámetro de cálculo
para los diversos elementos de una carretera.
De ella depende el tiempo que se gasta en el
transporte de personas o cosas.
El tiempo de viaje hace parte de los costos que
son relevantes en el análisis económico de una
vía.

VelocidadVelocidad
Inicialmente, la velocidad depende de la
capacidad del conductor y de la del vehículo.
© Todos los derechos reservados. Hagen Marien. 2006

VelocidadVelocidad
Pero también depende de:
✱ Las características de la carretera y de
la zona aledaña.
✱ Las condiciones climáticas.
✱ La presencia de otros vehículos en la
vía.
✱ Las limitaciones legales.
Para diseñar se debe escoger una
velocidad que satisfaga las demandas
de servicio de los usuarios en la forma
más segura y económica.
Tomado del Manual de Se
ñ
alizaci
INVIAS

VelocidadVelocidad
Un porcentaje muy pequeño de usuarios viajará a
velocidades muy altas y no es económicamente
viable satisfacerlas en el diseño, por lo tanto
tendrán que viajar a velocidades menores a las
que desean.
Tampoco se puede diseñar para condiciones
desfavorables (mal clima por ejemplo), pues la
carretera sería insegura en condiciones
favorables.

VelocidadVelocidad
✱Velocidad de diseño [V]: Es la máxima
velocidad segura y cómoda que puede ser
mantenida en un tramo determinado de una
vía, cuando las condiciones son tan
favorables, que las características
geométricas de la vía predominan.

VelocidadVelocidad
✱Velocidad de diseño [V]: De acuerdo al
Green Book del 2001, es la velocidad
seleccionada para determinar el diseño de
los distintos elementos geométricos de la
vía. Se eliminó el término “seguro”, para
evitar interpretaciones respecto a la
inseguridad de una velocidad mayor.

Consistencia en el diseñoConsistencia en el diseño
La V se debe tratar de mantener constante en
una longitud mínima de 2 km , y entre tramos
sucesivos no se deben presentar diferencias en
las velocidades de diseño superiores a 20 km/h
.
TPD
Terreno ≤ 500 500 – 2000 > 2000
Escarpado 40 40
Montañoso 50 60 60 – 80
Ondulado 60 80 80 – 100
Plano 70 100 100 – 120
Velocidad de diseño en función del
tipo de terreno y del Tránsito
Promedio Diario esperado al final
de la vida útil de la vía, según el
Ministerio de Transporte.
Tomada del Manual de Diseño Geométrico Para Carreteras. INVIAS 1998.

La escogencia de V depende también de:
✲ Importancia de la carretera
✲ Volúmenes de tránsito
✲ Configuración topográfica
✲ Usos del suelo
✲ Servicio a ofrecer
✲ Consideraciones ambientales
✲ Homogeneidad de la vía
✲ Facilidades de acceso
✲ Recursos económicos
✲ Facilidades de financiamiento
Los valores de velocidad de
diseño más utilizados son:
40, 50, 60, 70, 80, 100
y 120 km/h

VelocidadVelocidad
✱Velocidad de operación o específica [Ve]: Es
la velocidad de un vehículo en un tramo
específico de la carretera.
Ve =
Distanciadel tramo
Tiempoenque el vehículorecorreel tramo

Con medidas legales

Mediante controles policiales

Con el diseño (Selfenforcement, contextsensitive design)
Carriles angostos. Holanda.
Islas, glorieta y carriles angostos.
Dinamarca.
© Todos los derechos reservados. FHWA. 2001. Tomado
de Geometric design practices for European roads.

Geometric design
practices for european
roads. US Department of
Transportation. Federal
Highway Administration.
2001. Disponible en:
http://international.fhwa.dot.gov/pdfs/geometric_design.pdf

CapacidadCapacidad
Es el máximo número de vehículos que
pueden pasar por una sección dada de un
carril o de una carretera durante un período
dado bajo las condiciones prevalecientes del
tránsito y de la carretera.

CapacidadCapacidad
✱ Si el volumen de tránsito (cantidad de vehículos
que pasan por una sección en un tiempo dado) en
una carretera es menor que su capacidad, los
conductores que lo deseen pueden moverse más
rápido que los más lentos.
✱ Si el volumen de tránsito supera la capacidad de la
vía, se presenta una congestión: todos los
vehículos tienen que viajar a igual velocidad, detrás
de los más lentos, y hay poca o ninguna posibilidad
de adelantar a otros vehículos.

CapacidadCapacidad
Tomada de http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:I80_Eastshore_Fwy.jpg

SeguridadSeguridad
Cada 30 s muere una persona
en un accidente vehicular, esto
es, 1,2 millones de personas al
año. 50 millones más resultan
heridas.
El 85% de las víctimas se
produce en países
subdesarrollados y en
desarrollo, los cuales poseen
sólo el 40% de los automóviles
del mundo.
FUENTE: Global Road Safety Partnership.
http://www.grsproadsafety.org/?pageid=329&template=factsfigures
Tomada de http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Crash_test_landwind_25810.jpg
Prueba de la EuroNCAP a 64 km/h
para el Jiangling Landwind.

SeguridadSeguridad
Seguridad = Menos accidentes
Las causas de los accidentes son complejas,
pueden derivarse de uno, dos o los tres
elementos que intervienen en la operación del
transporte:
✱ El conductor
✱ El vehículo
✱ La vía
Aquí puede intervenir el diseñador,
teniendo en cuenta su interacción e
influencia en los otros elementos.

SeguridadSeguridad
Rara vez un accidente se
produce debido a un solo
factor. En USA y UK se
tiene (tenía) una
distribución causal como la
que muestra el diagrama.
Sin embargo, cada causa
involucra uno o múltiples
factores. Por ejemplo, el
usuario puede estar
embriagado, cansado,
distraído, etc.
Tomada de http://www.grsproadsafety.org/?pageid=329&template=why

¿Cómo disminuir los accidentes?¿Cómo disminuir los accidentes?
Diseñando la carretera de tal forma que el
conductor de un vehículo no deba tomar sino
una decisión cada vez y que nunca se vea
sorprendido por situaciones inesperadas en las
que deba tomar decisiones sin tener suficiente
tiempo para reaccionar.

Sí, pero ¿Cómo?Sí, pero ¿Cómo?
✱ Evitando tramos que presenten simultáneamente curvatura
horizontal y vertical, sobre todo si la curva vertical es
convexa y la horizontal relativamente cerrada.
✱ Estableciendo control de accesos total o parcial en vías de
zonas rurales y exclusivamente total en vías urbanas.
✱ Manteniendo la velocidad de todos los vehículos en un
rango cercano. Cuanto más amplia sea la desviación de la
velocidad de un vehículo respecto de la media, mayores
son las probabilidades de que tenga un accidente.

✱ Escogiendo adecuadamente el ancho de calzada (y
de carril). Una calzada de dos carriles más ancha
(6,50 m – 7,30 m ) aumenta la libertad del
movimiento, sin embargo, demasiado ancha (> 8,00
m ) incita a los conductores a utilizar la calzada
como de tres carriles. En general, carriles de 3,65
m son adecuados para la mayoría de carreteras,
pero pueden ser más angostos en vías con
volúmenes de tránsito bajos y pocos camiones.

✱ Separando los sentidos de circulación mediante
separadores, valga la redundancia. Hay menos
accidentes en una vía de cuatro carriles divididos
en dos calzadas que en las no divididas. Mejor aún
si los separadores son suficientemente anchos (15
m – 20 m ) para evitar choques frontales con
vehículos que atraviesen el separador.
✱ Construyendo bermas más anchas se disminuye la
posibilidad de accidentes con coches estacionados.

✱ Diseñando curvas “menos cerradas”. Un menor grado de
curvatura disminuye el número de accidentes.
✱ Evitando objetos muy cercanos a los costados
(alcantarillas, estribos de puentes, postes, señales,
árboles). Si los hay deben estar señalados o marcados
convenientemente para alertar a los conductores.
✱ Los elementos de control (señales, semáforos y marcas)
deben ser uniformes y de alta calidad para que realmente
produzcan seguridad y sean útiles y aceptados por el
público.

Página RecomendadaPágina Recomendada
Global Road Safety
Partnership.
www.grsproadsafety.org

Capítulo 4 (Características
de la carretera) del libro
Diseño Geométrico de
Vías de Pedro Antonio
Chocontá.

Según su competencia, para asignación de
presupuestos y responsabilidades de
construcción y mantenimiento:
✱ Nacionales (A cargo del INVIAS)
✱ Departamentales
✱ Veredales o vecinales (A cargo del Fondo Nacional
de Caminos Vecinales)
✱ Distritales y municipales

Según sus características:
✱ Autopistas: Calzadas separadas, cada una con dos
o más carriles, con control total de accesos.
✱ Carreteras Multicarriles: Carreteras, divididas o no,
con dos o más carriles por sentido, con control
parcial de accesos.
✱ Carreteras de Dos Carriles: Una sola calzada de
dos carriles, uno por cada sentido de circulación,
con intersecciones a nivel y acceso desde sus
márgenes.

Según el tipo de terreno:
✱ Plano, Ondulado, Montañoso, Escarpado.
Según su función:
✱ Principales o de primer orden: Unen capitales de
departamento.
✱ Secundarias o de segundo orden: Unen cabeceras
municipales entre sí o conectan con una principal.
✱ Terciarias o de tercer orden: Unen veredas entre sí
o con cabeceras municipales.

Vías primarias a cargo de la Terriotorial Tolima (24) del Instituto Nacional de Vías
© INVIAS. Tomada de http://www.invias.gov.co/info/mapas07/24TOLIMA/24TOLIMA.htm

Vías terciarias del Tolima a cargo del Instituto Nacional de Vías
© INVIAS. Tomada de http://www.invias.gov.co/invias/red_terce/26TOLIMA.jpg

Ejemplo de una autopista
Tomado de http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:I40i85NC.jpg

Ejemplo de control de accesos en una autopista. A la izquierda en zona
urbana y a la derecha en zona rural.
Tomado de http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Autobahn_anschluss1.jpg
Tomado de http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:I405_at_CA_19.jpg

Ejemplo de una vía multicarril en terreno plano
Tomado de http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:A_20_bei_Langsdorf.jpg
Derecho de vía

Ejemplo de una vía multicarril en terreno plano en Colombia
Derecho de vía
(una calzada)

Ejemplo de una carretera de primer orden de dos carriles en terreno
montañoso
© Alain Fradette. “There are no usage restrictions for this photo”.
http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Cabot_Trail.jpg

Ejemplo de una carretera secundaria en terreno escarpadoTomada de http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Col_de_Braussmall.jpg

Ejemplo de una carretera secundaria en terreno escarpado en Colombia
© INVIAS. Tomado de http://www.invias.gov.co/invias/images/rsgallery/original/pe_asanpablo.jpg

Ejemplo de una carretera terciaria vecinalTomada de http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Der_Weg.jpg

Ejemplo de una carretera terciaria veredal en Colombia

Según su velocidad de diseño:
Velocidad de diseño (km/h)
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Plano
Ondulado
Montañoso
Escarpado
Plano
Ondulado
Montañoso
Escarpado
Plano
Ondulado
Montañoso
Escarpado
Plano
Ondulado
Montañoso
Escarpado
Tipo de
Carretera
Tipo de
Terreno
Carretera
principal de dos
calzadas
Carretera
principal de una
calzada
Carretera
secundaria
Carretera
terciaria
Tomada del Manual de Dise

¡Tarea!¡Tarea!
Traer un plano del IGAC,
preferiblemente de una
zona rural, a escala 1:2000
que tenga curvas de nivel
cada 2 m, escalímetro,
regla, lápiz y compás para
la próxima clase.

Notas de derechosNotas de derechos
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Floor, San Francisco, California, 94105, USA.

Capítulo 3: El Proyecto de una Vía
➜ Reconocimiento
➜ Trazado antepreliminar
➜ Trazado preliminar
➜ Diseño
➜ Localización
➜ Construcción

3.1 Reconocimiento
3.2 Trazado antepreliminar
➜ Línea de ceros
➜ Evaluación de rutas

Reconocimiento o exploración del terrenoReconocimiento o exploración del terreno
Consiste en establecer:
✱ Puntos de control primario: Obligatorios. Impuestos
por consideraciones de orden político.
✱ Puntos de control secundario: Puntos de orden
político opcionales o naturales de paso obligado
(ponteaderos, depresiones) o que se deben evitar
(pantanos, fallas geológicas).

En esta etapa se definen y analizan corredores
tan anchos como sea posible, mediante el uso
de fotografías aéreas de pequeña escala
(1:25000) y mapas existentes de la región,
acompañado de una exploración del terreno a
pie, a caballo o en helicóptero.

Se recolectan datos sobre:
✱ Puntos de paso obligado
✱ Alturas relativas de esos puntos
✱ Pendientes longitudinales de los tramos resultantes
✱ Características geológicas
✱ Número, clase y dirección de los cursos de agua
✱ Condiciones meteorológicas y climatológicas de la
zona
✱ Cualquier otro que se considere necesario

Trazado antepreliminarTrazado antepreliminar
Consiste en establecer poligonales, que sirvan
aproximadamente de eje a la vía, sobre cada
una de las pocas rutas que merezcan un
análisis más profundo (según los resultados del
reconocimiento). Las fajas de terreno se
plasman en planos que pueden ser
fotogramétricos (a una escala mayor que la
anterior, 1:10000 por ejemplo) o mediante
levantamientos topográficos en el terreno.

Trazado antepreliminarTrazado antepreliminar
Sobre tales planos se traza la línea de ceros
pasando por los puntos de control primario.
Línea de ceros o de pendiente: Es una línea que une
los puntos obligados del proyecto conservando una
pendiente especificada, constante y uniforme. Esta
línea va a ras del terreno y, de coincidir con el
eje de la vía, presentaría un mínimo
movimiento de tierra.

3.2.1 Línea de ceros en un plano
3.2.2 Línea de ceros en el terreno
3.3.3 Método de Bruce para
evaluación de rutas
http://doblevia.wordpress.com/

3.3 Trazado preliminar
3.4 Diseño
3.5 Localización
3.6 Construcción

Trazado preliminarTrazado preliminar
A partir de la línea antepreliminar escogida se
traza una poligonal preliminar que defina un
corredor de anchura adecuada para acomodar
la vía (derecho de vía).
Se debe realizar un levantamiento topográfico
de precisión sobre esta poligonal, ubicando
estacas en los puntos de abscisas múltiplos de
10 ó 20 m y en los vértices.

Las estacas de la preliminar se nivelan con
precisión y, al mismo tiempo, se dejan BM's
cada 500 m , aproximadamente, cuyas cotas se
calculan al milímetro. Normalmente se
contranivela la nivelación del día. También se
nivelan transversales a las estacas de la
poligonal en una zona de un ancho de entre 60
y 100 m (o más si lo requiere la vía)

Con los datos de ese levantamiento se dibuja
un plano reducido a escala 1:10000; el cual se
divide en planchas a escala 1:1000 que sirven
para hacer el diseño de la vía. Estas planchas
incluyen todos los datos tomados al hacer el
levantamiento y curvas de nivel cada 2 m .

DiseñoDiseño
Aunque la vía es un objeto tridimensional, en el
diseño geométrico se debe hacer una abstracción
para facilitar los cálculos, de manera que se
tienen tres componentes, coincidentes con las
vistas de un sólido isométrico:
✱ Planta (Vista superior)
✱ Perfil longitudinal (Vista derecha)
✱ Sección transversal (Diversas vistas frontales a lo
largo de la vía)

Elementos geométricos de una víaElementos geométricos de una vía
En planta:

En perfil:

En sección:

DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS (Edgar Jimenez)

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