RAFAEL FABIAN SANCHEZ OSORIO LAYDA …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/3356/1/GilAngelLaydaY... · 4.4.13 Cálculo de los elementos de las curvas circulares simples

GUIA METODOLÓGICA Y MODELAMIENTO DE UNA TURBOGLORIETA TIPO

ESTRELLA Y PASO A DESNIVEL EN LA AUTOPISTA SUR CON CALLE 59 SUR,

BOGOTÁ D.C.

RAFAEL FABIAN SANCHEZ OSORIO

LAYDA YANETH GIL ANGEL

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

TECNOLOGIA EN TOPOGRAFIA

BOGOTÁ D.C, 2016

GUIA METODOLÓGICA Y MODELAMIENTO DE UNA TURBOGLORIETA TIPO

ESTRELLAY PASO A DESNIVEL EN LA AUTOPISTA SUR CON CALLE 59 SUR,

BOGOTÁ D.C.

RAFAEL FABIAN SANCHEZ OSORIO

CÓDIGO 20131031064

LAYDA YANETH GIL ANGEL

CÓDIGO 20131031066

Trabajo de grado presentado para optar por al título de Tecnólogo en Topografía

DIRIGIDO POR:

Esp. Ing. JULIO BONILLA ROMERO

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

TECNOLOGIA EN TOPOGRAFIA

BOGOTÁ D.C, 2016

AGRADECIMIENTOS

Rafael Sanchez

A mi madre EDILMA OSORIO por darme tanto en la vida, por acompañarme en

cada paso que doy, por la confianza, la paciencia, el apoyo, y tantas cosas que

aprendí con su ejemplo.

A mi hermano Edisson Sanchez por motivarme cada día y por ser siempre mi

apoyo.

A la universidad Distrital Francisco José de Caldas y a todos los funcionarios que

en ella trabajan y en especial a aquellos profesores que con su paciencia y

enseñanza hoy me permiten desarrollar este trabajo de grado.

Agradezco sinceramente al profesor Julio Bonilla Romero, Director de nuestro

trabajo de Grado por su instrucción guía y confianza.

Al Ing. Carlos Rodríguez por el apoyo, el interés y por sus conceptos aportados a

este trabajo de grado.

Layda Gil

A Dios por iluminar mi mente en cada paso de aprendizaje a lo largo de mi vida

Universitaria.

A mi Madre ANA ISABEL ANGEL por ser mi apoyo, mi fuerza, mi rumbo y mi

razón más grande para aprender y ser mejor cada día. Infinitas gracias por toda la

ayuda, la paciencia, el amor, la comprensión, la amistad y la compañía en mi

camino.

A mis hermanos y a mi Padre por el ánimo, las lecciones diarias y la confianza en

mí cada día.

A Elizabeth Gil Angel por ayudarme a ver la vida desde perspectivas diferentes,

por guiarme, por enseñarme, por ser mi compañera y confidente en cada paso.

A mi compañero de tesis Rafael Sanchez por acompañarme en la construcción,

análisis y constancia que requirió nuestro trabajo de grado, por enseñarme a ver

las cosas desde diferentes perspectivas para llegar a resultados inesperados,

sorprendentes e innovadores.

A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas por acogerme en el Proyecto

Curricular de Tecnología en Topografía, ser mi alma mater y por permitirme

aprender de la ciencia y de la vida con los mejores Ingenieros e Ingenieras.

Al Ingeniero Julio Bonilla Romero, Director de nuestro trabajo de grado por su

confianza, guía, paciencia y ayuda.

Al Ingeniero Carlos Rodríguez, por su ayuda, conocimientos, retos y confianza en

nosotros.

A todas aquellas personas que nos ayudaron a extender nuestro conocimiento y

aprendizaje en la realización de nuestra tesis, mi más sincero y profundo

agradecimiento.

TABLA DE CONTENIDO

TABLA DE CONTENIDO......................................................................................... 5

LISTA DE TABLAS .................................................................................................. 8

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................. 12

RESUMEN ............................................................................................................ 17

1. Introducción .................................................................................................... 13

2. Justificación .................................................................................................... 15

3. Objetivos ......................................................................................................... 16

3.1 Objetivo General .......................................................................................... 16

3.2 Objetivos Específicos................................................................................... 16

4. Marco de referencia ........................................................................................ 17

4.1 Marco Geográfico ........................................................................................ 17

4.2 Marco Ambiental .......................................................................................... 19

4.3 Marco Técnico ............................................................................................. 22

4.4 Marco Teórico .............................................................................................. 25

4.4.1 Velocidad de diseño.................................................................................. 25

4.4.2 Velocidades específicas ........................................................................... 27

4.4.3 Velocidad reglamentaria ........................................................................... 28

4.4.4 Velocidad de diseño en intersecciones giratorias ..................................... 28

4.4.5 Relación Velocidad – Curva ...................................................................... 30

4.4.6 Vehículo de diseño ................................................................................... 31

4.4.7 Elementos geométricos del vehículo de diseño ........................................ 35

4.4.8 Trayectorias mínimas de diseño ............................................................... 36

4.4.9 Cálculo de sobreanchos ........................................................................... 37

4.4.10 Curvas .................................................................................................... 42

4.4.11 Curvas circulares .................................................................................... 42

4.4.12 Clasificación y elementos de las curvas circulares ................................. 42

4.4.13 Cálculo de los elementos de las curvas circulares simples .................... 43

4.4.14 Peralte en la curva circular simple .......................................................... 45

4.4.15 Curvas circulares compuestas ................................................................ 48

4.4.17 Curvas Verticales .................................................................................... 51

4.4.18 Turboglorietas ......................................................................................... 54

4.4.19.1 Características físicas de la Turboglorieta ........................................... 54

4.4.19.2 Características Operacionales de la Turboglorieta .............................. 62

4.4.19.3 Estado del arte ..................................................................................... 64

5. Metodología ....................................................................................................... 70

6. Propuesta de diseño geométrico ....................................................................... 72

6.1 Estado actual de la intersección .................................................................. 72

6.2 Proyección del flujo vehicular en la intersección .......................................... 81

6.3 Diseño geométrico ....................................................................................... 93

6.3.1 Parámetros de Diseño Básicos ................................................................. 93

6.3.1.1 Vehículo de Diseño ................................................................................ 93

6.3.1.2 Velocidad de Diseño .............................................................................. 95

6.3.1.3 Tipos de concatenación ......................................................................... 96

6.3.1.4 Radio mínimo de curvatura .................................................................... 97

6.3.1.6 Consideraciones básicas para el diseño ................................................ 97

6.3.2 Diseño planimétrico .................................................................................. 99

6.3.2.1 Diseño geométrico de la turboglorieta. .................................................. 99

6.3.2.2 Diseño Geométrico del paso a desnivel ............................................... 122

7. RESULTADOS DISEÑO GEOMETRICO ........................................................ 125

7.1 Niveles de Servicio de la Turboglorieta – Actuales y Proyectados ............ 125

7.2 Nivel de servicio de simulación diaria ........................................................ 130

7.3 Estimación de reducción de contaminación con el intercambiador ............ 131

7.4 Cálculo de elementos del paso a desnivel ................................................. 131

CONCLUSIONES ................................................................................................ 140

RECOMENDACIONES ....................................................................................... 141

Bibliografía .......................................................................................................... 142

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Valores de la Velocidad de Diseño de los Tramos Homogéneos en

función de la categoría de la carretera y el tipo de terreno ................................... 26

Tabla 2. Velocidad de diseño de referencia Vs Jerarquía de la vía y tipo de terreno

.............................................................................................................................. 27

Tabla 3 Máximas velocidades de diseño de entrada recomendadas .................... 30

Tabla 4. Tipos de vehículos de diseño .................................................................. 34

Tabla 5. Dimensiones del vehículo de diseño ....................................................... 35

Tabla 6. Radios de giro mínimos en las trayectorias vehiculares (En metros) ...... 36

Tabla 7. Características del camión SU ................................................................ 39

Tabla 8. Valores de diseño del sobreancho propuesto por la AASHTO ................ 41

Tabla 9 Fórmulas de los elementos de la curva circular simple ............................ 44

Tabla 10. Valores máximos y mínimos de la pendiente longitudinal para rampas de

peralte ................................................................................................................... 48

Tabla 11. Variantes de Turboglorieta .................................................................... 55

Tabla 12 Nivel de servicio en Intersecciones giratorias ......................................... 76

Tabla 13 Niveles de Servicio Calle 63 S Intersección Actual ............................... 77

Tabla 14 Niveles de Servicio Av Bosa, intersección Actual ................................... 79

Tabla 15 Crecimiento del parque Automotor Bogotá (DANE) ............................... 81

Tabla 16 Coeficiente de Correlación de las regresiones ....................................... 87

Tabla 17 Proyección del Crecimiento del parque Automotor ................................ 88

Tabla 18 Información de los aforos actuales y proyectados .................................. 90

Tabla 19 Aforos actuales y proyectados, secretaria de Movilidad ........................ 91

Tabla 20. Tipos de curva a diseñar según ángulo de deflexión............................. 96

Tabla 21. Radio de Curvatura mínimo ................................................................... 97

Tabla 22 Coordenadas y orientación de las calzadas que emergen y convergen en

la intersección ..................................................................................................... 100

Tabla 23 Coordenadas Centroide de Área de los triángulos que modelan el

polígono de origen ............................................................................................... 105

Tabla 24 Coordenadas del Centroide de área..................................................... 107

Tabla 25 Nivel de servicio según velocidad a la que transitan los vehículos ...... 125

Tabla 26 Nivel de servicio en intersecciones giratorias mediante demora en

segundos por vehículo ........................................................................................ 126

Tabla 27 Nivel de servicio giros existentes que transitarían por la turboglorieta

pertenecientes a la Calle 63 Sur ......................................................................... 127

Tabla 28 Nivel de servicio paso a desnivel para movimientos de la Calle 63 Sur 127

Tabla 29 Nivel de servicio giros existentes que transitarían por la turboglorieta

pertenecientes a la AV Bosa ............................................................................... 127

Tabla 30. Nivel de servicio paso a desnivel para movimientos de la Avenida Bosa

............................................................................................................................ 128

Tabla 31 Niveles de servicio proyectados a 15 años de la turboglorieta

pertenecientes a la Calle 63 Sur ......................................................................... 128

Tabla 32. Nivel de servicio paso a desnivel Calle 63 Sur .................................... 128

Tabla 33. Niveles de servicio proyectados a 15 años de la turboglorieta

pertenecientes a la Avenida Bosa ....................................................................... 129

Tabla 34. Nivel de servicio paso a desnivel Avenida Bosa ................................. 129

Tabla 35. Resultado de niveles de servicio por movimientos de la Turboglorieta

aforos del año 2014 ............................................................................................. 130

Tabla 36. Resultado de niveles de contaminación del modelo Vissim ................ 131

Tabla 37. Curva vertical del perfil de Transmilenio hacia Soacha K0+152.96 –

K0+212.96 ........................................................................................................... 132


K0+362.95 ........................................................................................................... 132


K0+437.39 ........................................................................................................... 133


K0+602.99 ........................................................................................................... 133

Tabla 41. Curva vertical calzada mixta Bogotá k0+110.00 - k0+170.00 .............. 134

Tabla 42.Curva vertical calzada mixta Bogotá k0+260.00 - k0+320.00 ............... 134

Tabla 43. Curva vertical calzada mixta Bogotá k0+390.00 - k0+450.00 ............. 135

Tabla 44. Curva vertical calzada mixta Bogotá k0+500.00 - k0+560.00 ............. 135

Tabla 45. Curva vertical calzada mixta Soacha K0+152.84 - K0+212.84 ............ 136




Tabla 49. Curva vertical calzada Transmilenio hacia Bogotá K0+153.00 -

K0+213.00 ........................................................................................................... 138


K0+363.06 ........................................................................................................... 138


K0+490.56 ........................................................................................................... 139


K0+600.61 ........................................................................................................... 139

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Localización geográfica de la ciudad de Bogotá D.C. ............................. 17

Figura 2 Marco Geográfico del Tramo de Estudio ................................................. 18

Figura 3 Área Específica de estudio. ..................................................................... 19

Figura 4 Límites de Contaminación por Dióxido de Nitrógeno .............................. 21

Figura 5 Material Particulado según observatorio ambiental de Bogotá ............... 22

Figura 6 Simulación del Software VISSIM de una intersección semaforizada ...... 24

Figura 7 Muestra teórica de perfil de velocidad ..................................................... 29

Figura 8. Variables influyentes en la selección del vehículo de diseño ................. 32

Figura 9. Trayectoria vehicular .............................................................................. 37

Figura 10. Ilustración de las características del camión SU .................................. 40

Figura 11 Enlace de alineamientos rectos con curvas circulares simples ............. 43

Figura 12. Cálculo de los elementos de la curva circular simple ........................... 45

Figura 13 Diagrama de transición de peraltes para curvas circulares simples ...... 46

Figura 14 Curva Compuesta de tres radios ........................................................... 49

Figura 15 Curva revertida ...................................................................................... 51

Figura 16 Curvas verticales Convexas .................................................................. 52

Figura 17 Curvas verticales cóncavas ................................................................... 52

Figura 18 Curas verticales simétricas ................................................................... 53

Figura 19 Curvas verticales asimétricas ................................................................ 53

Figura 20. Condiciones para el diseño de Turboglorietas ..................................... 58

Figura 21 Comparación entre Glorietas y Turboglorietas ...................................... 59

Figura 22 Radios de diseño Turboglorieta ............................................................ 60

Figura 23 Espiral de Arquímedes .......................................................................... 61

Figura 24 Comparación entra radios de diseño glorieta, Glorieta doble Línea y

turboglorieta .......................................................................................................... 62

Figura 25 Condiciones de Movimiento turboglorieta ............................................. 63

Figura 26 Turboglorietas Alemania ....................................................................... 65

Figura 27 Turboglorietas España .......................................................................... 66

Figura 28 Turboglorietas Reino Unido ................................................................... 67

Figura 29 Semi Turboglorieta Italia ....................................................................... 68

Figura 30 Turboglorieta de dos Carriles Italia........................................................ 69

Figura 31 Turboglorieta Doble ............................................................................... 69

Figura 32. Movimientos de la Calle 59 Sur ............................................................ 72

Figura 33. Movimientos de la Calle 63 Sur ............................................................ 73

Figura 34. Acumulación de Vehículos Autopista Sur con Calle 59 Sur ................. 73

Figura 35 Flujo Vehicular Autopista Sur con calle 63 Sur ..................................... 74

Figura 36 Movimientos Calle 63 Sur Aforados por la secretaria de Movilidad ...... 77

Figura 37 Movimientos Av Bosa, según secretaria de Movilidad .......................... 78

Figura 38 Regresión lineal..................................................................................... 82

Figura 39 Regresión polinómial de segundo orden .............................................. 83

Figura 40 Regresión polinómial de tercer orden ................................................... 83

Figura 41 Regresión polinómial de cuarto orden .................................................. 84

Figura 42 Regresión polinómial de quinto orden .................................................. 85

Figura 43 Regresión polinómial de sexto orden ................................................... 86

Figura 44 Regresión exponencial .......................................................................... 86

Figura 45 Regresión logarítmica .......................................................................... 87

Figura 46 Crecimiento del parque automotor para el periodo de diseño ............... 89

Figura 47 Tipos de vehículo de diseño IDU .......................................................... 94

Figura 48 Vehículo de diseño para tráfico mixto ................................................... 94

Figura 49 Vehículo de Diseño calzada exclusiva BTR .......................................... 95

Figura 50 Velocidad de diseño según jerarquía vial y tipo de terreno ................... 95

Figura 51. Cálculo del centroide de área ............................................................. 100

Figura 52 Polígono de Origen ............................................................................. 101

Figura 53 Coordenadas vértices del polígono de origen ..................................... 103

Figura 54 Triangulación del Polígono de Origen ................................................. 104

Figura 55 Catetos de los triángulos que modelan el polígono de origen ............. 105

Figura 56 Simulación de la trayectoria del vehículo de Diseño ........................... 108

Figura 57 Ancho de carril necesario para el tránsito del vehículo de diseño a la

velocidad de diseño ............................................................................................. 109

Figura 58 Líneas de desfase Turboglorieta ......................................................... 111

Figura 59 Radios que modelan la espiral de Arquímedes ................................... 113

Figura 60 Separación entre revoluciones de la espiral de Arquímedes .............. 114

Figura 61 Turboglorieta modelada en base a tres espirales de Arquímedes

interpuestas ......................................................................................................... 114

Figura 62 Alineamiento inicial Turboglorieta ....................................................... 115

Figura 63 Turboglorieta Base sin empalmes ....................................................... 116

Figura 64 Simulación del recorrido del vehículo de diseño a la velocidad de diseño

por la turboglorieta .............................................................................................. 116

Figura 65 Tachones remontables ........................................................................ 117

Figura 66 Empalme ramales con espirales ......................................................... 118

Figura 67 Empalme Turboglorieta con ramales mediante línea de empalme ..... 118

Figura 68 creación de tangente para empalme ................................................... 119

Figura 69 Empalme entre borde de ramal y espiral de Arquímedes ................... 120

Figura 70 Pendientes turboglorieta ..................................................................... 121

Figura 71 Empalme vertical entre espirales ........................................................ 121

Figura 72 Perfil Longitudinal Calzada exclusiva Transmilenio hacia Soacha ...... 123

Figura 73. Paso a desnivel en la Calle 26 con Avianca ....................................... 124

Figura 74. Paso a desnivel en la Calle 26 con Avianca ....................................... 124

Figura 75 Gráfica de movimientos de la turboglorieta ......................................... 130

RESUMEN

En este trabajo se desarrolló una propuesta metodológica para el diseño de un

paso a desnivel y una turboglorieta tipo estrella de tres ramales, usando como

caso de estudio las intersecciones semaforizadas de la Autopista Sur con Calle 59

Sur y Calle 63 sur en la ciudad de Bogotá. El modelamiento de la turboglorieta y el

paso deprimido fueron realizados con base a planos topográficos obtenidos en el

Instituto de Desarrollo Urbano IDU y aforos de tránsito de la Secretaría Distrital de

Movilidad. Se desarrolló la metodología para el diseño analizando los factores del

tramo de estudio como la geometría de las calzadas que emergen o convergen en

la turboglorieta, el tránsito que deberá soportar para un periodo de diseño de 15

años, el ancho de carril, la señalización y los radios de curvatura a utilizar en la

turboglorieta, así como el gálibo y las pendientes máximas a utilizar en el paso a

desnivel. Finalmente se hace mediante microsimulación de transito la comparación

entre las intersecciones existentes y la propuesta.

Palabras Clave: Turboglorieta, Paso deprimido, Intercambiador Vial, Transito,

Microsimulación, Diseño geométrico.

ABSTRACT

This paper presents a methodology for the design of an underpass way and a star

turboroundabout (three-leg) using as a case study signalized intersections of the

Autopista Sur con con Calle 59 Sur y Calle 63 sur in Bogota city. The modeling of

the project was based on topographic maps obtained at the Instituto de Desarrollo

Urbano (IDU) and transit traffic counts of the Secretaría Distrital de Movilidad. The

methodology for the design was developed by analyzing factors study as the

geometry of the roads that emerge or converge on the turboroundabout, the

volume of traffic to be carried on for a period of design of 15 years, lane width,

signage, the gauge and maximum slopes to be used in the underpass. Finally

microsimulation was made by comparing traffic intersections existing and the

design proposed.

Keywords: Turboroundabout, underpass way, road interchange, transit traffic,

microsimulation, geometric design.

13

1. Introducción

Bogotá Distrito Capital de Colombia cuenta con una gran parte de la industria

nacional y es el principal centro de desarrollo socioeconómico del país y de

manera más directa es un motor de progreso para las poblaciones que habitan

cerca y dentro del área de influencia de esta, en donde es necesario qué como

ciudad y centro de intercambio económico, social y cultural sea accesible de

manera eficiente.

“El principal deber de la ciudad, su razón de ser en cierta manera, es el ser

accesible a su entorno inmediato o lejano con el fin de cumplir con su

vocación de lugar de intercambio Privilegiado” (Santos y Ganjes & De las

Rivas Sanz, 2008)

El problema en el tramo de estudio nace de la dificultad que tienen los habitantes

del municipio de Soacha y la localidad de Bosa al momento de movilizarse por la

autopista sur, a la altura de la Calle 59 sur y la Calle 63 Sur, hacia los centros

empresariales de Bogotá en donde laboran y/o desarrollan sus actividades

económicas. La malla vial existente no permite una movilidad eficiente, generando

mayores tiempos de desplazamientos y una ineficiencia en los diferentes sistemas

de transporte en cuanto a movilidad y nivel de operación en el sector. Es

importante tener en cuenta que las velocidades de operación en el tramo de

estudio son bajas ya que las intersecciones semaforizadas generan un tiempo de

espera debido a los 15 tipos de giro, dicha situación se puede evidenciar en la

figura 1 y en la figura 2, en cada una de las intersecciones se presentan siete y

ocho tipos de giro lo cual forma un gran acumulación de volumen de automóviles

en la vía. Geométricamente el diseño vial de las dos intersecciones situadas en la

Calle 63 sur y la Avenida Bosa tienen una distancia de 200m entre sí, teniendo en

cuenta que los dos puntos tienen una demanda significativa en su estructura con

poco espacio para su evacuación, se pueden llegar a generar tramos prolongados

de acumulación de vehículos extendiéndose hasta 1.82 Km llegando hasta la Av.

Villavicencio. El Distrito tomó como medida correctiva de tránsito dar prioridad al

14

flujo vehicular que se desplaza desde el Municipio de Soacha y hacia el sur del

país, sin embargo esto forja a que se acumulen vehículos en la Avenida Bosa y la

Calle 63 Sur.

15

2. Justificación

Se plantea la metodología de diseño geométrico de una turboglorieta tipo estrella y

un paso a desnivel para eliminar las intersecciones semaforizadas de la Autopista

Sur con Calle 59 y 63 Sur. El modelamiento de la turboglorieta se realizó para

garantizar el flujo vehicular constante y sin demoras en la intersección de la Calle

59 sur y 63 sur, en la ejecución de diseño se plantea re direccionar en la calle 63

Sur el giro con sentido Sur – Occidente por la calle 59 sur, esto debido a que

según lo enmarcado dentro del POT de la ciudad la Avenida Bosa será la vía que

conectara el sector sur occidental de la localidad de Bosa, con la Autopista sur, la

Avenida longitudinal de occidente, la Avenida Ciudad de Cali, Avenida Tintal y la

Avenida San Bernandino. Esta vía conectara con las ciudadelas del Porvenir y El

Recreo, las cuales tienen la densidad poblacional más altas de la Localidad y que

fueron concebidas como ciudadelas con un gran desarrollo urbanístico. Por otro

lado se plantea dentro del POT redirigir el flujo vehicular que proviene de los

barrios de Bosa Laureles, Primavera, San Diego y de más barrios cercanos a

estos por la Avenida Agoberto Mejia, la cual se conectara con la avenida Bosa

mediante una Glorieta convencional de tres carriles.

busca dar un ejemplo claro del desarrollo de la metodología y del

funcionamiento que tendría la implantación de este tipo de solución en

intersecciones con un gran número de giros y de tránsito vehicular, así es como se

plantea una solución posible, que busca mejorar la calidad de vida de los

habitantes tanto de la localidad de Bosa como del municipio de Soacha y de forma

de general de todos los vehículos que provienen del sur del país y que transitan

por este corredor vial.

16

3. Objetivos

3.1 Objetivo General

Establecer una metodología propuesta para el diseño geométrico de una

turboglorieta tipo estrella de tres ramales y un paso a desnivel a partir del estudio

de caso de la intersección de la Autopista sur con calle 59 sur.

3.2 Objetivos Específicos

Obtener el levantamiento topográfico, aforos de tránsito, crecimiento del

parque automotor de la ciudad, de las entidades gubernamentales

encargadas con el fin de garantizar la fiabilidad de la información.

Realizar el diseño geométrico del paso a desnivel y una turboglorieta tipo

estrella de tres ramales.

Comparar el funcionamiento entre las intersecciones actuales y la

propuesta mediante microsimulación de tránsito.

17

4. Marco de referencia

4.1 Marco Geográfico

Bogotá D.C. está ubicada en el centro del país, en la cordillera oriental y tiene una

extensión aproximada de 33 kilómetros de sur a norte y 16 kilómetro de oriente a

occidente. En la figura 1 se puede evidenciar que está situada en las coordenadas

geográficas: Latitud Norte 4°35’56” y Longitud Oeste de Greenwich 74°04’51”

ubicadas en el observatorio astronómico de la ciudad. Está ubicada en la zona de

confluencia intertropical, lo que produce dos épocas de lluvia: En la primera mitad

del año en los meses de marzo, abril y mayo y la segunda en los meses de

septiembre, octubre y noviembre. Su altura media está en 2.625 msnm. (Alcaldía

Mayor de Bogotá D.C., 2015)

Figura 1 Localización geográfica de la ciudad de Bogotá D.C.

Fuente: Google Earth 2015.

18

En figura 2 y en la figura 3 se puede evidenciar que el tramo de estudio está

ubicado en una zona urbana, en la Autopista Sur o Carrera 57 R Sur, a la altura de

la Avenida Bosa, la cual avanza a través de las calles 59, 60 y 65 Sur, limita en el

Norte con la localidad de Bosa, en el sur y el este con la localidad de Ciudad

Bolívar y por último, en el oeste con el municipio de Soacha. Tiene un registro de

altitud que oscila entre 2252.088 y 2557.46 msnm y una temperatura promedio de

14°C.

Figura 2 Marco Geográfico del Tramo de Estudio

Fuente: Mapas Bogotá, 2016.

19

Figura 3 Área Específica de estudio.

Fuente: Mapas Bogotá, 2015.

4.2 Marco Ambiental

El tramo de estudio está caracterizado por el fuerte incremento de densidad

poblacional y una mezcla de usos domésticos, comercial e industrial lo cual influye

en el tráfico vehicular, problemas de inseguridad y accidentabilidad. La situación

actual del sector resalta un perfil urbano desordenado y de poca calidad con el

medio ambiente ya que está regida por factores como la contaminación del suelo

por residuos sólidos, la contaminación del aire y la contaminación visual.

En la investigación ambiental del proyecto se plantea hacer una observación de la

contaminación que genera el represamiento de automóviles y de mal manejo de

tiempos de espera frente a un diseño que influye en la vida de los habitantes de

Soacha, Bosa, Ciudad Bolívar y de las personas que se desplazan al sur del país.

20

El Software Vissim 7.00 permite realizar una simulación multimodal teniendo en

cuenta la cantidad de automóviles que se desplazan en el tramo de estudio, para

su realización se utilizaron los aforos vehiculares brindados por la Secretaría

Distrital de Movilidad el día 24 de abril de 2014. La simulación de la situación real

en el software fue realizada en un tramo de 3600 segundos en la hora pico del día,

lo cual indica que es la hora en la que se registra mayor flujo vehicular en la

intersección semaforizada lo cual permite realizar un análisis de nodos en los

puntos críticos, es decir, Calle 63 Sur y Calle 59 Sur para así poder obtener los

datos que brinda el software especializado.

Es necesario tener en cuenta que la medición de las emisiones atmosféricas

estará ligada a la velocidad y aceleración que tenga un automóvil que se desplace

en el análisis de nodos, es así como se procederá a evaluar las emisiones de

Dióxido de Carbono CO2, Óxido de nitrógeno NOx y compuesto orgánico volátil

VOC en el tramo de estudio.

La importancia de evaluar los niveles de dióxido de carbono CO2, es que permite

evidenciar la importancia que tiene un diseño geométrico en el ambiente ya que

está directamente implicado en el tiempo de espera y la emisión que se puede

generar en un punto determinado de un recorrido vial. (PTV Group, 2015)

Los niveles de concentración de CO2 son determinantes ya que es un gas que se

encuentra de manera natural en el medio ambiente, sin embargo su concentración

está determinada para que en un equilibrio natural se permita realizar un ciclo en

el que se procese según su ubicación y desarrollo natural en ríos, glaciares o

mares. (IDEAM, 2007)

Es importante justificar también que dicho gas tiene un importante papel en el

efecto invernadero y que grandes concentraciones pueden generar un aumento en

el calentamiento global.

Por otro lado, el componente NOx u óxido de nitrógeno está compuesto de óxido

nítrico y dióxido de nitrógeno, dichos compuestos son óxidos que fueron

21

introducidos en la atmósfera por el hombre gracias a las instalaciones fijas de

combustión, vehículos que funcionan a base de gasolina, motores diésel y

calefacciones. Es importante tener en cuenta que, de acuerdo al Parlamento

Europeo y el Consejo de la Unión Europea las exposiciones a este compuesto

pueden generar irritaciones en el sistema respiratorio y ocular. En la población

infantil la exposición podría tener como consecuencia que se desarrolle con

lentitud su sistema pulmonar, en las personas adultas se podrían presentar

enfermedades cerebrovasculares y problemas del corazón. Es por ello que fueron

creados el decreto 102/2011 y la directiva europea 50/2008/CE los cuales discuten

y reglamentan los valores límites para proteger la salud, además de cuál debe ser

el nivel máximo de alerta que se debe presentar en un máximo de 3 horas. En la

figura 4 se pueden apreciar los límites permitidos de Dióxido de nitrógeno según la

Agencia de Salud Pública de Barcelona. En consecuencia a los altos niveles que

se están presentando por el uso de motores diésel entre otros ya existen áreas de

protección especial en Barcelona. (Agencia de Salud Pública de Barcelona, 2014)

Figura 4 Límites de Contaminación por Dióxido de Nitrógeno

Fuente: Agencia de Salud Pública de Barcelona 2014

Por último, el componente VOC se puede definir como un compuesto orgánico

volátil el cual está compuesto de oxígeno, bromo, azufre, nitrógeno e hidrogeno y

se genera debido a la quema de combustibles. Los compuestos orgánicos volátiles

se consideran peligrosos contaminantes del aire. (Ministerio de Agricultura,

Alimentación y Medio Ambiente de España)

El Observatorio Ambiental de Bogotá (OAB) permite conocer los resultados de los

estudios de entidades como el Sistema Ambiental Del Distrito Capital (SIAC) y

22

apoya los procesos y resultados de los planes del POT en cuanto a medio

ambiente y la secretaría distrital de ambiente (SDA). El OAB tiene una Red de

Monitoreo De Calidad de Aire RMCAB, la cual tiene varias bases de recepción de

datos en la ciudad, la más cercana al tramo de estudio es la base Carvajal –

Sevillana, la cual indica un promedio anual de gases y material particulado. En la

figura 5 se pueden observar los niveles de material particulado inferior a 10 micras

en un promedio anual, lo que nos muestra la inestabilidad de dicho componente

en el medio ambiente según la norma por la cual se reglamenta.

Figura 5 Material Particulado según observatorio ambiental de Bogotá

Fuente: Observatorio Ambiental de Bogotá D.C 2015

4.3 Marco Técnico

Se busca realizar la metodología para el diseño geométrico de una turboglorieta

tipo estrella de tres ramales a desnivel, mediante el uso de información existente

del sector principalmente los planos record de la construcción del tramo III de la

fase II de Transmilenio, analizar los volúmenes vehiculares del 24 de abril de 2014

de la Autopista Sur o Carrera 57 R Sur con Avenida Bosa o calle 59 Sur y la Calle

63 sur de la Secretaría Distrital de Movilidad, proyectar la demanda futura a 15

años para determinar la capacidad del intercambiador realizando

23

microsimulaciones con el software VISSIM, para determinar niveles de servicio y

realizar el diseño geométrico que logre cumplir con la demanda que se tiene en la

actualidad y en un futuro inmediato.

Materiales y métodos:

VISSIM

1. Realizar microsimulaciones teniendo en cuenta la demanda y el estado

actual de las intersecciones para poder determinar los niveles de servicio

actuales y en un periodo de diseño de 15 años.

2. Se simula teniendo en cuenta que el programa puede estudiar las

interacciones de los usuarios con base a un diseño en planta y al tipo de

automóvil o tipo de transporte como puede ser el transporte público o un

vehículo.

3. Con el Software se obtienen datos y modelos de emisiones atmosféricas

para así comparar en el marco ambiental la posible disminución de

contaminación en el tramo de estudio gracias al diseño del intercambiador

vial.

4. Con los resultados del análisis de nodos de las intersecciones se obtienen

las demoras de tránsito y las demoras de parada para poder determinar los

niveles de servicio.

5. Un punto importante del software es que permite determinar el grado de

obediencia a las señales de tránsito para distintos tipos de vehículos que se

encuentren en la base de datos, lo que permitirá visualizar puntos de

conflicto en el diseño.

En la figura 6 se puede apreciar una simulación en 3D de una intersección

semaforizada que tiene en cuenta el flujo de peatones, tránsito y el medio

ambiente en el cual se desarrolla el modelo de Vissim.

24

Figura 6 Simulación del Software VISSIM de una intersección semaforizada

Fuente: PTV Group

Autocad Civil 3D

Crear el modelo digital de elevación TIN, a partir de la información de los

planos record (As Build), suministrados por el Instituto de desarrollo urbano

IDU.

Realizar el diseño geométrico con base a la normas propuestas por el

Instituto de desarrollo urbano IDU 2015.

Calcular el movimiento de tierras necesario para desarrollar la construcción

del diseño propuesto.

Realizar la guía metodológica apoyada en herramientas brindadas por el

Software.

25

4.4 Marco Teórico

4.4.1 Velocidad de diseño

Es la velocidad que se asigna a un tramo del diseño geométrico teniendo en

cuenta condiciones topográficas y de tránsito que permitan al usuario tener un

recorrido seguro y cómodo, en el que se debe tener como prioridad la seguridad

de los vehículos que van a transitar por la vía ya que se debe plantear un diseño

geométrico que permita que el usuario tenga control en su trayectoria y no se vea

sorprendido por cambios bruscos en la velocidad, lo que permitirá mayor control

en recorrido de la vía. A lo largo del diseño, se deben plantear tramos

homogéneos que puedan ser adaptados topográficamente para que tengan las

mismas características de velocidad, ésta característica posee como nombre (VTR)

Velocidad del tramo homogéneo. (IDU, 2015)

Para identificar los intervalos de diseño que pueden tener velocidades en tramos

homogéneos se deben cumplir con las siguientes condiciones:

1. Debe poseer una longitud mínima de 3 km con velocidades que oscilen

entre 20km/h y 50 Km/h, así como 4 km de longitud para velocidades de 60

Km/h y 110 Km/h.

2. La diferencia entre tramos adyacentes no deben superar los 20 Km/h.

El Instituto Nacional de Vías INVIAS propone unos valores de velocidad en tramos

homogéneos según el nivel de servicio mínimo que se debe ofrecer en vías

colombianas teniendo en cuenta la topografía, el tipo de terreno y la categoría de

la carretera como se puede observar en la tabla 1. (INVIAS, 2008)

26

Tabla 1. Valores de la Velocidad de Diseño de los Tramos Homogéneos en función de la categoría de la

carretera y el tipo de terreno

Fuente: (Instituto Nacional de Vías INVIAS, 2008)

La velocidad de diseño debe estar planteada para el conductor promedio que se

espera opere la vía, es por eso que se debe evaluar con anterioridad los niveles

deseados respecto a la seguridad, la movilidad y la eficiencia de la vía. En las vías

urbanas se deben tener en cuenta los siguientes factores:

1. Tipo de proyecto a desarrollar

2. Clasificación funcional de las vías (POT)

3. Tipo y volumen de tránsito (Carga y transporte público)

4. Densidad y carácter de los usos del suelo adyacentes

5. Consideraciones económicas y ambientales

6. Anchos de la sección transversal

7. Conflictos vehículo – vehículo y vehículo – peatón que existan en el

proyecto

8. Maniobras de ascenso y descenso de pasajeros

El Instituto de Desarrollo Urbano IDU, propone en su Guía Diseño de Vías

Urbanas Para Bogotá D.C., una serie de velocidades de diseño preliminar con

27

base exclusivamente en el tipo de terreno y la jerarquía de las vías que se van a

empalmar como lo indica la tabla 2.

Tabla 2. Velocidad de diseño de referencia Vs Jerarquía de la vía y tipo de terreno

Fuente: (IDU, 2015)

Estas velocidades de diseño son aceptables para varias condiciones de terreno y

volúmenes de tránsito que pueden estar asociados con vías urbanas nuevas o

reconstruidas. (IDU, 2015).

4.4.2 Velocidades específicas

Las velocidades específicas en el diseño de la vía, se refieren a la máxima

velocidad que un vehículo puede mantener en condiciones de seguridad y

comodidad cuando no hay límites en cuanto estructura, tránsito o clima que

impidan que el usuario adopte esta velocidad, siendo el diseño geométrico el único

elemento que puede poner limitaciones.

La velocidad específica se relaciona con las curvas horizontales con el radio de la

curva y con las curvas verticales con la diferencia de pendientes de entrada y

salida así como con la longitud de la curva.

El Instituto de Desarrollo Urbano IDU, plantea también unas recomendaciones a

tener en cuenta en el diseño y la estimación de éstas velocidades como, la

velocidad específica no debe sobrepasar en más de 30 Km/h la velocidad de

diseño y no debe diferir en más de 20 Km/h entre curvas adyacentes. (IDU, 2015)

28

4.4.3 Velocidad reglamentaria

Es la velocidad máxima permitida según la normatividad vigente. Según la Ley

1239 de 2008, en las vías urbanas las velocidades máximas y mínimas para el

servicio particular y público de la cuidad, debe ser determinado y señalizado por la

autoridad de tránsito. En ninguno de los casos podrá sobrepasar los 80 Km/h,

dando como parámetros que los buses de servicio público, de carga y transporte

escolar será ser de 60 Km/h. La velocidad en zonas residenciales y escolares

debe ser 30 Km/h.

En las carreteras nacionales la Ley 1239 de 2008 establece que, las velocidades

autorizadas para vehículos públicos o privados deben ser determinadas por el

Ministerio de Transporte o la Gobernación según sea el caso y las

especificaciones de la vía. Así mismo debe ser la encargada de hacer cumplir las

restricciones y cumplir con la debida señalización. Por ningún motivo se debe

sobrepasar los 120 Km/h. El servicio público de carga y de transporte escolar, no

podrá exceder en ningún caso los 80 Km/h.

La ley 1383 de 2010 establece que la velocidad en las vías urbanas es de 80 Km/h

y debe ser función de la autoridad de tránsito, en Bogotá la Secretaría Distrital de

Movilidad controlar la velocidad de operación y desarrollar un concepto técnico

para los límites de velocidad. (IDU, 2015)

4.4.4 Velocidad de diseño en intersecciones giratorias

La velocidad de diseño es un factor esencial en el diseño de una rotonda ya que

tiene un impacto importante en la seguridad alcanzar una velocidad adecuada, la

desaceleración de los vehículos debe darse antes de entrar a la rotonda y se debe

tratar de mantener una velocidad uniforme en la maniobra de los mismos para que

puedan tener una trayectoria segura y eficiente.

Estudios internacionales indican que el incremento de la curvatura de la trayectoria

del vehículo disminuye considerablemente la velocidad entre los autos que entran

a la rotonda y circulan, haciendo que disminuyan los índices de accidentabilidad

29

entre los que entran - circulan y salen circulan, sin embargo ésta condición en

rotondas multicarriles hace que crezca la fricción lateral entre las corrientes de

tránsito adyacentes lo que puede provocar choques por cambios de carril, es por

eso que la velocidad se debe evaluar por cada diseño geométrico ya que existe

una velocidad óptima para minimizar choques según su geometría.

La Federal Highway Administration propone una muestra teórica de la velocidad

en perfil, dónde se dan velocidades de diseño máximas de entrada para rotondas

urbanas en varias categorías, las cuales se pueden apreciar en la figura 7.

(Federal Highway Administration FHWA, 2000)

Figura 7 Muestra teórica de perfil de velocidad

Fuente: (Federal Highway Administration FHWA, 2000)

Para poder determinar la velocidad de diseño de una rotonda se debe dibujar la

trayectoria más veloz permitida por la geometría del diseño planteado, la cual es la

30

más suave y plana posible para un vehículo simple, viajando a través de la

entrada, la isleta central y cuando sale de la rotonda, en algunos casos puede ser

un movimiento de giro a la derecha. La trayectoria más veloz para el movimiento

directo de una rotonda es una serie de curvas reversas es decir, (Curva a la

derecha, seguida de curva izquierda y de nuevo curva a la derecha). La Fereral

Highway Administration propone una tabla de velocidades de entrada a la rotonda

para poder diseñar e iterar las trayectorias de velocidad más adecuadas según el

tipo de rotonda que se va a diseñar para lo cual fue tabulada como se aprecia en

la tabla 3. (Federal Highway Administration FHWA, 2000)

Tabla 3 Máximas velocidades de diseño de entrada recomendadas


4.4.5 Relación Velocidad – Curva

La AASHTO propone una ecuación para calcular la velocidad de diseño de un

determinado radio de trayectoria de viaje, usualmente se supone un peralte de

+0.02 y –0.02 para las curvas que se sitúan alrededor de la isleta central (Federal

Highway Administration FHWA, 2000).

31

Ecuación 1. Velocidad de diseño en Glorietas


Dónde: V: Velocidad de diseño Km/h

R: Radio en m

e: Peralte m/m

f: Factor de fricción lateral

El coeficiente de fricción entre los neumáticos y el pavimento puede variar con la

velocidad del vehículo. Generalmente los conductores operan a altas velocidades

en relación al grado de curvatura en intersecciones debido a la aceptación y uso

de una fricción lateral alta. (AASHTO, 1994)

4.4.6 Vehículo de diseño

Es el vehículo que le brinda al diseño geométrico características físicas y

dimensiones de operación a utilizar en una vía.

Es preciso examinar todos los tipos de vehículos, establecer agrupamientos por

clases y organizar estos tamaños representativos en cada clase, estos vehículos

con pesos representativos, dimensiones y características de operación tienen un

radio mínimo que se utilizará en el diseño. Existen (4) cuatro categorías generales

de vehículos de diseño definidas por la AASHTO:

1. Vehículos de pasajeros; Automóviles de todos los tamaños, furgonetas,

furgones y camionetas.

2. Ómnibus; Interurbanos, Urbanos, escolares y articulados.

3. Camiones; simples, combinaciones de tractor y semirremolque, tractores con

semirremolque y remolques.

4. Vehículos recreativos; casas rodantes y automóviles con remolque.

32

Al diseñar cualquier elemento de la vía, el proyectista debe considerar el vehículo

más grande que pueda movilizarse por allí o el vehículo que tenga características

especiales de diseño adecuadas para una ubicación particular y diseñar

características críticas como radios en las intersecciones y radio de giro en los

caminos. (AASHTO, 2011)

El Instituto de Desarrollo Urbano IDU en su Guía para el Diseño de Vías Urbanas

para Bogotá D.C. propone que el proceso de selección del vehículo de diseño

debe partir de una identificación de acuerdo a la jerarquía de la vía, el uso del

suelo, composición vehicular y el manejo de suministros y servicios como lo son,

recolección de basura, bomberos o ambulancias, en la figura 8 se puede observar

dicha jerarquía.

Figura 8. Variables influyentes en la selección del vehículo de diseño

Fuente: (IDU, 2015)

El transito más representativo proyectado se caracteriza porque demandan

mayores exigencias en la configuración geométrica de las vías en cuanto a

dimensiones, maniobras y recorridos. La selección de la tipología pretende tipificar

dimensiones y características de los sobre anchos y el radio de giro, también

permite realizar diseños coherentes con la realidad que permiten racionalizar los

diseños evitando maniobras forzadas, utilización insegura del espacio disponible,

conflictos vehículo – vehículo, vehículo – peatón y sobredimensionamientos que

puedan generar sobrecostos en el proyecto.

33

Se establecieron las siguientes (5) cinco clases de acuerdo a las características de

los vehículos y el diseño geométrico de la infraestructura vial.

1. Vehículos livianos (V.L); Automóviles convencionales de dos ejes simples

con sistema de ruedas simple y motocicletas.

2. Vehículos pesados (V.P); Automotores de carga, específicamente

tractocamiones. Las variables influyentes son la longitud total del vehículo

y la distancia entre los ejes ya que de estos factores definen la fórmula del

sobreancho. La nomenclatura para los vehículos pesados será otorgada

según la AASHTO seguido de la longitud total en m. Este vehículo se

asimila al WB – 12 tractos – camión de 12 m de longitud.

3. Vehículo de Emergencia (V.E); Vehículos de bomberos y ambulancias.

Esta categoría genera exigencias de circulación a mayores velocidades y

accesibilidad a clínicas, hospitales, centros de acopio y zonas dotacionales,

es por esto que se debe asegurar que la geometría vial pueda suplir estas

trayectorias con una circulación ágil, accesos funcionales y conflictos

mínimos con el tráfico de paso. Se asimila a un camión C2 – G de 9.15m de

longitud total.

4. Vehículos proveedores de servicios (V.S); Vehículos de transporte de

agua, repartición de mercancías, vehículos de repartición de basuras, entre

otros, suelen transitar en todos los tipos de vía y deben ser tenidos en

cuenta al momento de cualquier diseño para asegurar su circulación.

Pueden generarse restricciones de circulación para redes viales locales sin

embargo, en lo posible se debe garantizar su acceso de forma cómoda y

segura a través del diseño geométrico de la infraestructura. Se asimila a un

camión C2 - G de 9.15m de longitud total.

5. Vehículos transportes de pasajeros (V.T); Vehículos de transporte

utilizados en Bogotá en el marco del Sistema Integrado de Transporte

Público como microbuses, busetas, padrón, articulado y biarticulado. La

nomenclatura se debe manejar con el nombre del bus, capacidad de

pasajeros y longitud total en metros.

34

Un proyecto urbano puede incluir varias jerarquías viales y áreas de actividad. Es

posible que se sugieran varios tipos de vehículos, por ejemplo en áreas de carga o

zonas industriales. Las jerarquías de orden funcional, vocación de transporte y

área de actividad no son excluyentes, por lo que se pueden presentar condiciones

que en la que se relacionen transportes de carga y zonas dotacionales. Es por ello

que la selección del vehículo de diseño debe ser la más exigente en trayectorias.

(IDU, 2015).

Para la selección de vehículos de diseño puede usarse la siguiente tabla sugerida

por el Instituto de desarrollo Urbano de acuerdo a diferentes condiciones de

diseño, la cual se aprecia en la tabla 4.

Tabla 4. Tipos de vehículos de diseño

35

Fuente: (IDU, 2015)

4.4.7 Elementos geométricos del vehículo de diseño

Son valores geométricos relevantes que se utilizarán para el cálculo del

sobreancho de la vía. Según el Instituto de Desarrollo Urbano IDU el concepto

más importante que se tendrá en cuenta será la ocupación vehicular como saliente

del vehículo, distancia entre ejes, trayectorias de las ruedas traseras, velocidad de

circulación, radio mínimo de giro y ancho requerido para una maniobra segura,

dichos valores se pueden apreciar en la tabla 5. (IDU, 2015)

Tabla 5. Dimensiones del vehículo de diseño

Fuente: (IDU, 2015)

36

4.4.8 Trayectorias mínimas de diseño

Las dimensiones principales a tener en cuenta son el radio de giro en el eje

vehicular (RGE), el ancho de calzada en el inicio de la curva, la distancia entre

ejes y la trayectoria de la rueda trasera. (AASHTO, 2011).

El límite de las trayectorias de giro del vehículo de diseño se establecerá a partir

de la traza exterior de la saliente frontal (RSF), el mínimo radio de giro en el eje

vehicular (RGE) y el recorrido de la rueda trasera interior (RRI). Para la estimación

de la trayectoria de giro se asume que la traza exterior sigue un arco circular que

es definido por el radio de giro en el eje vehicular RGE con base en el mecanismo

de dirección del vehículo de diseño como lo indica la tabla 6. (IDU, 2015)

Tabla 6. Radios de giro mínimos en las trayectorias vehiculares (En metros)

Fuente: (IDU, 2015)

En la figura 9 se evidencia el sobreancho necesario para la circulación del

vehículo WB19 el cual corresponde a un tracto camión.

37

Figura 9. Trayectoria vehicular

Fuente: (IDU, 2015)

4.4.9 Cálculo de sobreanchos

En la trayectoria de un vehículo en una curva horizontal se hace evidente que el

ancho que ocupa es mayor al que ocupa en un tramo recto, esto se debe a que las

ruedas traseras internas tienen una trayectoria distinta a la de las ruedas

delanteras externas, para facilitar entonces la trayectoria de los vehículos en las

curvas y evitar la invasión de los carriles adyacentes se debe expandir la calzada

hasta un valor máximo requerido que se conoce como sobreancho. Se deberá

evaluar la exigencia geométrica desde el tramo recto hasta la zona de sobreancho

máximo que de diseñó, teniendo como guía simulaciones con software

especializado. (IDU, 2015)

38

La posición de las ruedas traseras del vehículo en la curva depende de la

velocidad y de la fricción que se desarrolle para contrarrestar la fuerza centrífuga

que no es compensada por el peralte. (Carciente, 1980)

Cuando un vehículo viaja en una velocidad de equilibrio el radio entre las

trayectorias de las ruedas delanteras y traseras será:

Ecuación 2. Cálculo de Sobreanchos

Fuente: (Carciente, 1980)

Siendo R el radio de la trayectoria de la rueda delantera externa y L la distancia

entre los ejes del vehículo.

Diversas fórmulas se han desarrollado para calcular el sobreancho en curvas,

siendo una de las primeras la recomendada por Voshell para una carretera de dos

carriles:

Ecuación 3. Ecuación recomendada por Voshel para sobreancho en curvas


Donde:

ω = Sobreancho (Metros)

R = Radio de la curva en el eje de la carretera (Metros)

L = Distancia entre ejes del vehículo (Metros)

Esta expresión es empírica y está propuesta para una velocidad de 35 millas por

hora, es decir 56, 32 Km/h. (Carciente, 1980)

La AASHTO propone el tercer método para calcular el sobreancho, tiene en

cuenta las características del vehículo y el comportamiento de los usuarios. En

una carretera de dos calzadas el sobreancho será igual:

39

Ecuación 4. Calculo de Sobreanchos Recomendados por la AASHTO

Fuente: (AASHTO, 1994)

Dónde:

Wc = Sobreancho

U = Ancho ocupado por el vehículo en la curva

C = Separación lateral entre vehículos

FA= Saliente frontal del vehículo

Z = Factor de seguridad

Para calcular 𝜔𝑐 como propone la AASHTO es necesario evaluar el tránsito y

elegir un vehículo representativo, debe ser un camión ya que tiene mayor

exigencia en el diseño geométrico y una desviación lateral en curvas mayor que

un automóvil, para una vía proyectada a 60 Km/h se recomienda elegir el

denominado SU, es un camión de diseño de una sola unidad single unit truck,

representa a todos los camiones de una sola unidad y buses cuyas características

son:

Tabla 7. Características del camión SU


40

Figura 10. Ilustración de las características del camión SU


Sustituyendo los valores del camión SU en las fórmulas del sobreancho,

tendremos que:

Ecuación 5, Ejemplo de Cálculo de Sobreanchos


41

Dónde:

U = Ancho ocupado por el vehículo en la curva

u = Ancho del vehículo en la tangente (m)

R = Radio de la curva en el eje (m)

L = Distancia entre ejes del vehículo (m)

A = Saliente sobre el eje delantero (m)

V = Velocidad de proyecto Km/h

FA= Saliente frontal del vehículo

Z = Factor de seguridad

El valor de C que es la separación lateral entre vehículos, está relacionada con la

diferencia entre el ancho del vehículo y el ancho de la calzada, para calzadas de

6.10 m 6.70m y 7.30m el valor de C es igual a 0.61m, 0.76m y 0.91m

respectivamente. (Carciente, 1980)

Tabla 8. Valores de diseño del sobreancho propuesto por la AASHTO


42

Para poder asegurar un alineamiento continuo en los bordes de la calzada de la

vía el sobreancho se debe diseñar gradualmente a la entrada y a la salida de las

curvas, con las siguientes recomendaciones de la AASHTO:

- En las curvas circulares simples el sobreancho se debe realizar en el borde

interior de la calzada. Las curvas que tengas transiciones, el sobreancho

puede diseñarse como en la curva circular o se puede dividir por igual entre

el borde interior y exterior.

- La transición del sobreancho se debe realizar en una longitud lo

suficientemente larga para asegurar que la calzada sea utilizada totalmente.

- El borde de la calzada en la transición del sobreancho debe ser una curva

suave y continua, se deben evitar los bordes y los quiebres tangenciales.

- En los alineamientos no espiralizados de la mitad a dos tercios del valor del

sobreancho debe obtenerse en el alineamiento recto y el resto de la curva.

- Los alineamientos que son espiralizados, el sobreancho se debe distribuir a

través de la clotoide alcanzo el valor total en el CE.

Se entenderá entonces que, la transición del sobreancho se efectuará de

maneras distintas, si se trata de curvas circulares simples o curvas

espiralizadas. (Carciente, 1980)

4.4.10 Curvas

4.4.11 Curvas circulares

En una forma simplificada, el diseño de un alineamiento en planta de una carretera

podría definirse como una serie de tramos rectos o tangentes unidas por curvas

circulares. Las curvas circulares son arcos de un círculo que forman la proyección

horizontal de las curvas que unen dos tangentes consecutivas. (Carciente, 1980)

4.4.12 Clasificación y elementos de las curvas circulares

Cuando dos tangentes son enlazadas por una curva recibe el nombre de curva

circular simple, las curvas circulares simples pueden doblar hacia la derecha o

hacia la izquierda. (Carciente, 1980)

43

Figura 11 Enlace de alineamientos rectos con curvas circulares simples

Fuente: (Cueva del Ingeniero Civil - Blog gratuito e informativo., 2013)

4.4.13 Cálculo de los elementos de las curvas circulares simples

Los elementos que conforman la curva circular simple se calculan por las

siguientes expresiones, que pueden ser deducidas en la tabla 9 la cual tiene

columnas descriptivas respecto al nombre del elemento de la curva, su respectivo

símbolo y la formula que se utiliza matemáticamente para llegar al dato que se

requiera para el análisis de la curva circular simple.

44

Tabla 9 Fórmulas de los elementos de la curva circular simple

Elemento de la

curva

Símbolo Formula

Radio de

curvatura

R Dato

Ángulo central

de curvatura

∆ Dato

Grado de

curvatura

𝐺10 572.96

𝑅

Tangencia T 𝑅𝑇𝑎𝑛 (

∆

2)

Longitud de

Curva

L (

C ∗ ∆

𝐺10

) 10

Cuerda Larga CL 2𝑅𝑆𝑒𝑛 (

∆

2)

Externa E

𝑅 (1

𝐶𝑜𝑠∆2

− 1)

Flecha F 𝑅 (1 − 𝐶𝑜𝑠 (

∆

2))

45

Figura 12. Cálculo de los elementos de la curva circular simple

4.4.14 Peralte en la curva circular simple

Se define como la diferencia que existe entre la inclinación del eje longitudinal de

la calzada y la inclinación del borde de la misma. Las curvas circulares que no son

espiralizadas, pueden presentar dos posibilidades respecto al peralte:

1. Si la curva posee suficiente entretangencia, la transición del peralte se debe

realizar en la tangente.

2. Cuando las curvas circulares no poseen suficiente espacio en las tangentes

entre curvas, la transición del peralte se debe desarrollar una parte en la

tangente y otra parte en la curva. El peralte entre el PC y/o en el PT debe

estar entre el 60% y el 80% del peralte total, siempre que por lo menos la

tercera parte de la longitud de la curva quede con peralte total.

46

El peralte en la curva circular se ilustrará en la figura 13, con el debido diagrama

de transición y las condiciones propuestas por el INVIAS. (INVIAS, 2008)

Figura 13 Diagrama de transición de peraltes para curvas circulares simples

Fuente: (INVIAS, 2008)

La longitud de transición del peralte, se consideran a partir del punto en donde el

borde exterior del pavimento comienza a elevarse partiendo del bombeo, hasta el

punto donde se formará el peralte total de la curva. La longitud de transición

consta de dos partes importantes; La primera es la distancia (N) que será

necesaria para levantar el borde exterior, a partir del bombeo normal hacía la

nivelación con el eje de vía, llamado aplanamiento. La segunda es la distancia (L)

que es necesaria para pasar del punto anterior al peralte total de la curva circular,

se definirá con la siguiente expresión:

Ecuación 6. Calculo de elementos del peralte de una curva circular simple

47


Teniendo en cuenta que: Lt se considerará como la longitud de transición (m), L

como la longitud del punto donde el peralte es cero al punto del peralte total de la

curva circular (m), N será el aplanamiento (m), BN el bombeo normal y 𝑒𝑓 el

peralte total, en porcentaje. (INVIAS, 2008)

La rampa de peralte se define como la diferencia relativa que existe entre la

inclinación longitudinal de la calzada y la inclinación del borde de la misma, se

definirá por la siguiente ecuación:

Ecuación 7. Inclinación longitudinal de la rampa de peraltes


48

Teniendo en cuenta que ∆S será la inclinación longitudinal de la rampa de peraltes

(%), L la longitud de transición (m), ef el peralte al finalizar el tramo de transición

(%),ei el peralte al iniciar el tramo de transición (%) y a la distancia del eje de giro

al borde exterior de la calzada (m).

Para los valores de “a” se debe aclarar que se definirá a partir del número de

carriles que giran alrededor del eje de giro y el tipo de rotación. (INVIAS, 2008)

En la tabla 12, se presentarán los valores máximos y mínimos de la pendiente

longitudinal para la rampa de peraltes:

Tabla 10. Valores máximos y mínimos de la pendiente longitudinal para rampas de peralte


4.4.15 Curvas circulares compuestas

Las curvas circulares compuestas son aquellas que están formadas por dos o más

curvas circulares simples (Cardenas, 2013)

49

Figura 14 Curva Compuesta de tres radios

Fuente: (Universidad de Oriente Venezuela, 2009)

Las curvas circulares compuestas, además de los elementos geométricos de una

curva circular simple, posee un punto de tangencia común que recibe el nombre

de punto de curvatura compuesta PCC.

Las curvas circulares compuestas pueden crear formas deseables de giro para

intersecciones a nivel, sin embargo existe la posibilidad de que donde se unan

arcos circulares de radios muy diferentes, el alineamiento sea abrupto o forzado

haciendo que la maniobra de los vehículos tenga un esfuerzo considerable en la

dirección. La experiencia de los organismos viales indica que las ramas con

diferencias de radios en relación 2:1 dan a las intersecciones un nivel adecuado

de operación y apariencia. La AASHTO propone qué, donde sea práctico se puede

usar la relación menor entre radios 1.75:1 y cuando sea mayor a 2:1 se deberá

50

usar entre las dos curvas una longitud adecuada de espiral (ovoide) o un arco de

radio intermedio.

Las curvas compuestas no deben ser muy cortas ya que se puede perder la

eficacia para permitir una transición suave, en una serie de curvas con radios

decrecientes se debe garantizar que éstas tengan una longitud que permita una

desaceleración razonable que, en el caso de las intersecciones no debe exceder

los 5Km/h.

En la tabla 11, se mostrarán las longitudes deseables del arco circular para una

curva compuesta de intersección seguida por una curva de radio a la mitad o

precedida por una curva que tenga un doble radio. Se basa en una desaceleración

de 5km/h y una desaceleración mínima de 3Km/h. (AASHTO, 2011)

Rampa de peralte para curvas compuestas:

La transición de peralte para una curva circular compuesta se trabajará con la

fórmula de peralte para curvas circulares simples, con la excepción de que ei es

igual al peralte de la curva anterior y ef al peralte de la curva siguiente.

Las curvas revertidas están compuestas por dos o más curvas circulares

contiguas, de radios iguales o diferentes, que se cruzan en sentido opuesto y

tienen un punto de tangencia común. El punto de contacto recibe el nombre de

punto de curvatura revertida PCR.

51

Figura 15 Curva revertida


Las curvas circulares revertidas de radio pequeño, debido a los cambios de

curvatura que se introducen en el trazado, pueden dificultar la trayectoria de los

vehículos, creando así una confusión o una perspectiva errática a los conductores.

Por otro lado, se pueden crear problemas de peraltado y de drenaje en la vía. Por

estas razones, las curvas revertidas se prefieren evitar en los manuales y sólo se

limitan al trazado montañoso donde sean imprescindibles. El cálculo de los

elementos de las curvas revertidas se puede asimilar como el de una curva

circular simple. (UPTC, 2007)

4.4.17 Curvas Verticales

Las curvas verticales tienen como función enlazar dos tangentes consecutivas del

alineamiento vertical, para que en su longitud se pueda efectuar el paso de la

pendiente de la tangente de entrada a la tangente de salida, lo que debe generar

una operación segura en la vía así como una apariencia y drenaje con

características adecuadas. El punto que tienen en común la tangente y una curva

52

vertical en su origen son denominados PCV y PTV al punto común de la tangente

y la curva final de esta. El punto de intersección entre los puntos PCV y PTV es

denominado PIV y la diferencia algebraica de pendientes en este punto se

representa con la letra A. (INVIAS, 2008)

Las curvas verticales pueden ser cóncavas o convexas según su forma y de

acuerdo a la proporción de sus ramas se pueden denominar como simétricas o

asimétricas.

Figura 16 Curvas verticales Convexas


Figura 17 Curvas verticales cóncavas


53

La curva vertical simétrica está conformada por dos parábolas que tienen una

misma longitud y se unen en la proyección vertical del PIV. La curva vertical que

más se recomienda es la parábola cuadrática:

Figura 18 Curas verticales simétricas


Figura 19 Curvas verticales asimétricas


Determinación de la longitud de la curva vertical:

Los parámetros para la selección de la longitud de la curva vertical son aplicables

para curvas simétricas y asimétricas y son: 1. Criterio de seguridad establece una

longitud mínima que debe tener en la trayectoria para que la distancia de

visibilidad sea igual o mayor a la de parada. 2. El criterio de operación establece

en cambio una longitud mínima que debe tener la curva vertical para evitar en el

conductor una impresión de un cambio súbito de pendiente. 3. El criterio de

drenaje el cual establece cuál es la longitud máxima que podrá tener la curva

54

vertical para que se puedan evitar los problemas de drenaje respecto a la parte

plana de la calzada. (INVIAS, 2008)

4.4.18 Turboglorietas

Nacen a partir de una investigación realizada por el profesor Lambertus G.H.

Fortuijn en el año 1996 en la facultad de ingeniería y Geociencias en la

Universidad de Tecnología de Delft (Delft, Países Bajos). La geometría de las

turboglorietas nace a partir de un desfase de la calzada giratoria de una glorieta

convencional, es por ello que la calzada central sufre una transformación física y

toma forma de turbina. (Lenin Bulla, 2010)

Una turboglorieta es un tipo particular de glorieta donde los carriles están limitados

por señales de tráfico físicas o virtuales por medio de bordillos, los cuales

brindarán una guía en el camino que tendrá que seguir el conductor en el paso por

la intersección. El resultado de que el diseño convencional sea modificado y se re

diseñe la isleta central es que los automóviles son forzados a circular en

trayectorias de tipo espiral de Arquímedes, por lo tanto cada acceso está

especializado en determinadas maniobras de giro, es por ello que los conductores

tendrán que elegir el carril correcto en los accesos antes de entrar en la

intersección y la calzada de circulación. (Giuffrè, Guerrieri, & Granà, 2009)

Un aspecto importante a tener en cuenta en el diseño de las Turboglorietas es que

el conductor debe conocer el funcionamiento de los carriles ya que a diferencia de

una glorieta convencional no podrá trasladarse o cambiar su rumbo en el camino.

La vía principal de la turboglorieta sólo cederá el paso a un carril de giro, el no

ceder el paso a más de dos carriles y mantener la baja velocidad debido a las

separaciones físicas permite reducciones en el índice de accidentabilidad. (Lenin

Bulla, 2010)

4.4.19.1 Características físicas de la Turboglorieta

Existen diferentes diseños de Turboglorietas según el número de carriles y la

capacidad que se requiera para trabajar la intersección, según el profesor

55

Lambertus Fortuijn dichos diseños se clasifican según el número de ramales de

entrada y salida además de la capacidad que se requiera en la intersección de

estudio.

Tabla 11. Variantes de Turboglorieta

Variantes de diseño de las Turboglorietas

Cuatro Ramales Tres Ramales

Fuente: (Fortuijn, 2009)

56



57

Es necesario tener en cuenta que la

turboglorieta tipo estrella de cuatro

ramales se denomina “Imposible” o

improbable de realizar ya que no se

cumpliría con la condición

reglamentaria de las Turboglorietas, la

cual define no ceder el paso a más de

dos carriles en la calzada giratoria.


Las características físicas más importantes de la turboglorieta tienen que ver con

el diseño geométrico y condiciones que debe cumplir para poder denominarla una

turboglorieta:


58

Figura 20. Condiciones para el diseño de Turboglorietas

Fuente: (Transoft, 2015)

Características físicas:

1. Re diseño de la isleta central en forma de espiral de Arquímedes en una o

más entradas.

2. Ceder el paso a dos carriles máximo en la intersección.

3. Marcas espirales de los carriles de la intersección.

4. Tachones remontables que sean elevados en los separadores de carril.

5. Al menos un carril en la intersección ofrece al conductor la opción de salir o

de continuar en la intersección.

6. Al menos dos ramales de salida deben tener dos carriles de salida.

7. Los ramales de entrada deben estar alineados perpendicularmente con los

carriles de la calzada giratoria.

8. La señalización de la turboglorieta debe ubicarse al horizonte para su

óptimo reconocimiento.

9. Los espacios adicionales en la isleta central y los axiales de la turboglorieta

proporcionan una superficie de conducción adicional para automóviles

pesados. (Transoft, 2015)

La importancia de usar marcas viales en forma espiral es que, la diferencia entre

el número de puntos de conflicto cambian drásticamente, en la figura 21 se

59

muestran los puntos de conflicto entre una glorieta convencional y una

turboglorieta, lo que nos permite dimensionar que la glorieta tiene 16 puntos de

conflicto, mientras que la turboglorieta tiene 10. (Fortuijn, 2009)

Figura 21 Comparación entre Glorietas y Turboglorietas


El diseño geométrico de la rotonda implica que la creación de los carriles desplace

el centro de los círculos según segmentos sucesivos del ancho de los mismos a lo

largo del eje de traslación, la suma de estos segmentos creará un camino de

espiral, también llamada espiral de Arquímedes, el conductor sólo deberá moverse

a través del centro de la turboglorieta siguiendo el camino de espiral. La manera

en la que los círculos son desplazados se relacionará con la forma en la que los

carriles se diseñan de la rotonda, en la turboglorieta tipo ovoide los carriles se

desplazan con el ancho de carril en un ángulo de 180°, en la rotonda tipo estrella

los carriles son desplazados con un ángulo de 120°, en la turboglorieta tipo rotor

los carriles se desplazan con un ángulo de 90° (Fortuijn, 2009)

Es importante tener en cuenta también que el diseño geométrico de la

Turboglorieta tiene una relación fundamental con la isleta central, se puede

diseñar también a través de arcos de circunferencias con centro y radios

diferentes, siguiendo los siguientes pasos:

Seleccionar el centro de la intersección o el punto en el cual las carreteras

actuales se cruzan.

Seleccionar el ancho de la vía y de la isleta central.

60

La posición de 𝐶1 y 𝐶2 se alinean simétricamente en el punto de

intersección del eje vial.

Se debe fijar el valor del primer radio y tener en cuenta que 𝑅1 = 𝑅4 , así

los demás radios serán definidos con la relación: 𝑅𝑖 = 𝑅𝑖−1 + ∆𝑅

Figura 22 Radios de diseño Turboglorieta

Fuente: (Giuffrè, Orazio ; Guerrieri, Marco; Granà, Anna, 2009)

Se tendrá en cuenta entonces:

𝑅3 = 𝑅2 + ∆𝑅

𝑅2 = 𝑅1 + ∆𝑅

𝑅6 = 𝑅5 + ∆𝑅

𝑅5 = 𝑅4 + ∆𝑅

Es así como se diseña una turbo rotonda teniendo en cuenta que es una variación

continua en la curvatura de los carriles. Teniendo en cuenta que la variación

circulatoria tiene que ser constante se define la separación transversal, la cual

61

será el ancho del carril de diseño. (Giuffrè, Orazio ; Guerrieri, Marco; Granà, Anna,

2009)

Figura 23 Espiral de Arquímedes


La seguridad de la turboglorieta será determinada de acuerdo a la velocidad de los

vehículos al momento de desplazarse por ella. En glorietas convencionales de dos

carriles los conductores suelen desplazarse en los carriles, es por ello que los

divisores o tachones remontables juegan un papel importante en la reducción de

este comportamiento, la relación entre la velocidad y el diámetro interno será

representada en la Figura 24 los cuales son basados en la aceleración centrípeta

dentro de los límites aceptables asumiendo que los conductores no frenarán ni

acelerarán en la turboglorieta. Se puede ver que alcanza una velocidad óptima y

con menor diámetro en una turboglorieta que en una glorieta convencional

(Fortuijn, 2009)

62

Figura 24 Comparación entra radios de diseño glorieta, Glorieta doble Línea y turboglorieta


4.4.19.2 Características Operacionales de la Turboglorieta

Las características más relevantes de las turboglorietas que se deben tener en

cuenta en cuanto a su función y diseño, en la figura 25 se aprecian las

condiciones de operación como que la vía principal ceda el giro a un carril de la

calzada giratoria y la vía secundaria puede ceder el paso a uno u dos carriles

según el destino del vehículo.

63

Figura 25 Condiciones de Movimiento turboglorieta

Fuente: Google Earth 2015

El carril de entrada y su trayectoria se deben tener claros al momento de

interactuar con la intersección ya que cada carril es independiente, estará

aislado físicamente con tachones remontables y no será posible navegar

entre carriles o cambiar el destino dentro de la intersección.

Un automóvil que entre a la intersección deberá ceder el paso a máximo

dos carriles de la calzada giratoria.

En la turboglorieta las separaciones físicas y virtuales no permitirán que los

automóviles naveguen en los carriles de la intersección, no es permitido el

entrecruzamiento entre automóviles ni moverse en contravía.

La velocidad de operación es menor que en glorietas convencionales

debido a la separación física de los carriles y el principio de ceder el paso a

las calzadas giratorias, es por ello que de disminuye la probabilidad de

generar accidentes graves en la intersección.

64

El diseño de las turboglorietas permite evolucionar el diseño de una glorieta

habitual, permitiendo que se disminuya la velocidad de transición en la rotonda y

que se mantenga un solo carril en el recorrido, dicha propuesta mejoró

notablemente la seguridad en Holanda y los Países Bajos permitiendo que se

mejorara la seguridad de un 12 a un 20%, permitiendo bajar los índices de

accidentes en un 72% a un 82% (Fortuijn, 2009)

4.4.19.3 Estado del arte

Holanda

El profesor Lambertus Fortuijn nos muestra a través de su documento “Turbo

Roundabouts: Design Principles and Safety Performance” la importancia que tiene

el rediseño de las Turboglorietas convencionales al momento de mejorar la

seguridad y la comodidad en el paso por una intersección, es importante resaltar

también las comparaciones que involucran diseños que ya se realizaron en

Holanda en los cuales se mejoraron los índices de accidentabilidad hasta un 80%.

En cuanto al diseño de la Turboglorieta se justifica la importancia de las

separaciones físicas, el no ceder el paso a más de dos calzadas giratorias y el

resultado de seguridad y confort que tendría en el usuario.

Alemania

El profesor Dr. Ing. Werner Billon de la Universidad de Bochum Ruhr en Alemania

expuso su documento, “Studies on Roundabouts in Germany: Lessons Learned”

en el cual se expone el resultado de implementar glorietas modernas, teniendo en

cuenta la seguridad, la capacidad, el rendimiento y la estimación de tráfico así

como el desarrollo del diseño geométrico. La primera Turboglorieta Alemana fue

creada en el año 2006 en la ciudad de Baden-Baden, en el documento se resalta

el resultado que tuvo la turboglorieta para combinar la seguridad con una gran

capacidad, así mismo se resalta que ha demostrado ser una buena solución para

situaciones específicas como la implementación en intersecciones que tienen

volúmenes vehiculares de hasta 50.000 v/día. Previamente el profesor Dr. Ing. W.

65

Brilon estudió también el funcionamiento de la turboglorieta Alemana y concluyó

que los ciclistas y los peatones no deben ser alojados en la turboglorieta, también

que los accidentes sólo fueron causantes de daños físicos y resalto la practicidad

e importancia del puente de la turboglorieta Baden-Baden.

Figura 26 Turboglorietas Alemania

Fuente: (Brilon, 2011)

España

La escuela técnica superior de Ingenieros de caminos, canales y puertos de la

Universidad de la Coruña expuso un proyecto de mejora de viabilidad en la

intersección de la AC-12 con la DP-5803 en Perillo, lo cual busca encontrar una

solución a una regulación semafórica, dicho análisis es proyectado teniendo en

cuenta el proceso constructivo, la señalización, el alumbrado, el estudio de

seguridad y salud, el plan de obra y el presupuesto para justificar que en el tramo

de estudio la única solución viable para la intersección es el diseño geométrico

debido al volumen vehicular y las condiciones actuales y futuras, el diseño final se

aprecia en la figura 27. Se concluyó que el diseño cumple con la normativa de la

Presidencia de Gobierno, el Ministerio de Fomento Español y demás normativas

de Galicia así como también que es el diseño más eficaz respecto a economía y

ejecución.

66

Figura 27 Turboglorietas España

Fuente: (Suárez Vilela, 2014)

Reino Unido

Patrick Lingwood en su artículo “Turbo-Style Roundabouts – The future” expone el

estudio de un intercambiador vial tipo glorieta que tiene un volumen vehicular por

día de 25.000 vehículos, 550 ciclistas y 3000 transeúntes en la intersección de las

avenidas Clapham Rd, Roff Avenue, Tavistock Street y Union Street (Bedford,

Reino Unido). Se analizaron los 36 accidentes que se han presentado en la

intersección, 12 en los que se involucraron ciclistas, 8 transeúntes y 18

automóviles. El objetivo de estudiar la intersección e implementar el diseño de la

turboglorieta es reducir el número de accidentes, especializar la intersección para

ciclistas, transeúntes y no generar un impacto negativo en la capacidad ni el

volumen vehicular. La turboglorieta fue diseñada con una isleta central de 12m con

divisores físicos, líneas en espiral y pasos de cebra para transeúntes y ciclistas.

Se concluyó que mejoró su capacidad en cuanto a la glorieta convencional, la

67

velocidad de los ciclistas y de los vehículos tenía una muy pequeña diferencia lo

cual mejoró de un 40 a un 70% la seguridad en la intersección, debido al paso de

cebra los conductores mostraron más conciencia y estuvieron más dispuestos a

ceder el paso a peatones.

Figura 28 Turboglorietas Reino Unido

Fuente: Turbo-Style Roundabouts – The future

Italia

Los profesores Orazio Giuffrè, Marco Guerrieri y Ana Granà en su artículo “Turbo-

Roundabouts general design criteria and functional principles: Case studies from

real world” exponen las ventajas de la disminución de puntos de conflicto en las

turboglorietas, la delimitación física de la intersección y exponen criterios acerca

del diseño geométrico en tres casos particulares de convertir glorietas en

turboglorietas. Los tres casos de estudio están situados en la ciudad de Palermo y

son caracterizados por tener una forma irregular en la isleta central y los carriles

68

de circulación, además de un gran volumen vehicular y velocidades altas en la

noche. Cada intersección fue considerada teniendo en cuenta su diseño

geométrico, la regulación del tráfico, la intensidad del mismo y el comportamiento

de los usuarios, para cada intersección fue desarrollada una solución diferente, se

diseñó una semi turboglorieta, una turboglorieta de dos carriles y una turboglorieta

doble. Se concluyó que las condiciones de seguridad son más altas que en las

glorietas convencionales, se aumentó la capacidad de la intersección, se redujeron

los puntos de conflicto y se especificó la importancia de evaluar cada caso según

las necesidades geométricas y físicas de un tramo de estudio.

Semi Turboglorieta

Figura 29 Semi Turboglorieta Italia


69

Turboglorieta de dos carriles

Figura 30 Turboglorieta de dos Carriles Italia


Turboglorieta doble

Figura 31 Turboglorieta Doble


70

5. Metodología

ET

AP

A 1

E

TA

PA

2

INICIO

OBTENCIÓN DE

INFORMACIÓN

LEVANTAMIENTO

TOPOGRAFICO

(IDU)

¿ES SUFICIENTE

LA INFORMACIÓN?

¿ES SUFICIENTE

LA INFORMACIÓN?

PROYECTAR EL CRECIMIENTO

DEL PARQUE AUTOMOTOR

¿ES SUFICIENTE

LA INFORMACIÓN?

AFOROS VEHICULARES

(SECRETARIA MOVILIDAD)

PARQUE AUTOMOTOR DE

BOGOTÁ (DANE)

DETERMINACIÓN PARAMETROS

DEL DISEÑO GEOMÉTRICO

DETERMINAR EL FLUJO

VEHICULAR ACTUAL

DETERMINAR LA DEMANDA DE LA

INTERSECCIÓN PARA EL PERIODO

DE DISEÑO

REALIZAR EL DISEÑO

GEOMÉTRICO DEL

INTERCAMBIADOR

DETERMINAR LA CAPACIDAD DEL

INTERCAMBIADOR MEDIANTE

MICROSIMULACIÓN

¿ES FUNCIONAL

CON LA DEMANDA

PROYECTADA?

FIN

REALIZACIÓN DEL MODELO 3D

DE LA INTERSECCIÓN

Si Si Si

No No No

Si

No

71

La metodología propuesta para desarrollar el diseño geométrico del

intercambiador fue dividida en dos etapas, para su lograr un desarrollo eficiente de

la propuesta de diseño geométrico se dividió en tres etapas:

Etapa I: Obtención de Información trascendental para el desarrollo de la

propuesta de diseño.

En esta primera fase se obtuvo información del levantamiento topográfico

de la intersección la cual fue suministrada por el centro de documentación

del Instituto de desarrollo Urbano (IDU), aforos vehiculares de la

intersección en cuestión suministrados por la Secretaria Distrital de

Movilidad, y el crecimiento del parque automotor de la ciudad suministrados

por el Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE).

Etapa II: Análisis de la información de la información obtenida

En esta etapa se tomó la información recibida y se procedió a procesarla,

en el caso de la topografía base inicio por unir los tres levantamientos en

uno solo y crear un modelo digital de elevación TIN, en el software a utilizar

para el diseño geométrico en este caso AutoCAD Civil 3D, para los aforos

de transito se procedió a realizar la microsimulación del estado actual de la

intersección y determinar los niveles de servicio ofrecidos en la actualidad

por la misma en el Software PTV Vissim, y finalmente se procedió a

determinar el crecimiento de la demanda mediante una regresión

polinómial de segundo orden.

72

6. Propuesta de diseño geométrico

6.1 Estado actual de la intersección

En la intersección de la Autopista sur con Avenida Bosa y Calle 63 Sur se

encuentran dos intersecciones semaforizadas a menos de 200m de distancia,

dicha cercanía y red semafórica causa un represamiento de vehículos en el área

de estudio. Se pretende generar un diseño geométrico que solucione y soporte la

demanda de automóviles proyectada a 15 años, es por ello que se realizó una

investigación de “Turboglorietas” las cuales, son un diseño geométrico avanzado

de una glorieta tradicional que permita rediseñar el tramo de estudio y estudiar

niveles de servicio que se puedan ofrecer de acuerdo a la demanda necesitada.

En la figura 32 se aprecian los tipos de giro presentes en la intersección de la

Autopista Sur con Calle 59 Sur.

Figura 32. Movimientos de la Calle 59 Sur

Fuente: Adaptado de Mapasbogota.com

En la figura 33 se aprecian los diferentes tipos de giros presentes en la

intersección de la Autopista Sur con Calle 63 sur.

73

Figura 33. Movimientos de la Calle 63 Sur

Fuente: Adaptado de Mapasbogota.com

En la figura 34 y en la figura 35 se evidencia la acumulación de vehículos sentido

occidente – oriente sobre la Autopista Sur, para lo cual la policía metropolitana de

tránsito se ve obligada a habilitar un carril de la calzada exclusiva de Transmilenio

para el tránsito de vehículos mixtos.

Figura 34. Acumulación de Vehículos Autopista Sur con Calle 59 Sur

Fecha: 21 abril 2016

74

Figura 35 Flujo Vehicular Autopista Sur con calle 63 Sur

Fecha: 21 abril 2016

Para el desarrollo de la metodología se utilizarán programas o software CAD como

AutoCAD Civil 3D para realizar el diseño geométrico, así como el programa

VISSIM para realizar una micro simulación del estado actual de las intersecciones,

con el fin de determinar niveles de servicio y poder estudiar las condiciones que se

pueden presentar con el desarrollo del intercambiador. Es por ello que se explicará

paso a paso la metodología utilizada para el diseño y elaboración del presente

trabajo.

La problemática del flujo vehicular en la Autopista sur se ve afectado actualmente

debido a la regulación del flujo vehicular por parte de la Policía Metropolitana de

Bogotá D.C., permitiendo la movilidad de acuerdo a las condiciones que se

encuentren en un momento determinado del día.

Para estudiar la problemática vehicular en el tramo de estudio, se obtuvieron los

aforos vehiculares de la Autopista Sur con Avenida Bosa y de la Autopista sur con

Calle 63 sur. Dichos aforos fueron brindados por la Secretaría Distrital de

75

Movilidad de Bogotá D.C. – Contrato de Consultoría 2072 de 2013, fueron

estudiados de acuerdo a su estructura y toma de datos para que se pudiera

seleccionar el día más adecuado para proyectar los antecedentes a 15 años y así,

poder simular la demanda de automóviles en el programa Vissim.

Las intersecciones se reconocen en los aforos vehiculares como KR 77G X CL 63

SUR y KR 77G X CL 59 SUR. Dichas intersecciones están constituidas por 15

tipos de giro, los giros se interpretaron en el Software y en el desarrollo del trabajo

con el nombre de los aforos vehiculares, en el documento brindado por la

Secretaría Distrital de Movilidad, se observan los aforos organizados por cada tipo

de giro y a su vez estos son organizados en cuatro filas de acuerdo a sus

características físicas, es decir: Autos – Buses – Camiones – Motos –

Equivalentes.

Es así como se procederá a suministrar la ilustración que fue creada en la toma de

datos de los aforos vehiculares para especificar e ilustrar los movimiento con los

cuales se determinará el nivel de servicio de la intersección semaforizada.

Para calcular las demoras promedio por acceso se tendrá en cuenta el resultado

del análisis de nodos que provee el software Vissim, para realizar dicho análisis se

procederá a compararlos con el nivel de servicio indicado en la tabla 12 del criterio

de nivel se servicio para intersecciones semaforizadas del manual “Transportation

Research Board de 1997. La cual establece seis (6) niveles de servicio de acuerdo

al control de demora por vehículo, dichos servicios se definen con letras desde la

letra A hasta la letra F.

76

Tabla 12 Nivel de servicio en Intersecciones giratorias

NIVEL DE SERVICIO CONTROL DE DEMORA

POR VEHÍCULO EN

SEGUNDOS

A ≤ 10

B > 10 Y ≤ 20

C > 20 Y ≤ 35

D > 35 Y ≤ 55

E > 55 Y ≤ 80

F > 80


Teniendo en cuenta dichos parámetros se presentan los resultados obtenidos en

la simulación de nodos en el programa Vissim 7.00 teniendo en cuenta la red de

nodos y el nivel de servicio por giro en las intersecciones semaforizadas actuales,

dichos resultados se pueden observar en la tabla 13, en dicha tabla se puede

encontrar la columna de movimientos tomados de los aforos de tránsito brindados

por la secretaría de movilidad como se aprecia en la figura 36, la columna de

DELAY representa la demora retraso medio por vehículo [ s ] , teniendo en cuenta

todos los tipos de vehículos, la columna de STOP representa el retraso medio por

vehículo parado [ s ] , de todos los tipos de vehículos.

77

Figura 36 Movimientos Calle 63 Sur Aforados por la secretaria de Movilidad

Fuente: Secretaria de Movilidad Bogotá D.C

Tabla 13 Niveles de Servicio Calle 63 S Intersección Actual

MOVIMIENTO DELAY

(ALL)

STOP

(ALL)

NIVEL

SERVICIO

1A 272.05 212.44 F

91A 176.75 151.64 F

914A 86.84 73.27 F

14A 124.86 81.75 F

78

14B 51.96 40.8 D

3B 40.56 25.62 D

3A 151.48 110.5 F

Fuente: Secretaria de Movilidad de Bogotá D.C

Se deberá tener en cuenta entonces que, el movimiento faltante número 7 en la

Calle 63Sur fue eliminado de la intersección debido a los planes de control y

manejo vial de la Policial Metropolitana de Bogotá. En cuanto a la Avenida Bosa,

se encuentran todos los movimientos que se encuentran en el registro de los

aforos vehiculares con los cuales se investigó la situación vial de la intersección

vial.

Figura 37 Movimientos Av Bosa, según secretaria de Movilidad


79

Tabla 14 Niveles de Servicio Av Bosa, intersección Actual

AUTOPISTA SUR CON AVENIDA BOSA

MOVIMIENTO DELAY

(ALL)

STOP

(ALL)

NIVEL SERVICIO

1 141.12 116.27 F

91 57.39 39.17 E

4A 186.65 134.21 F

4B 23.68 17.68 C

13B 51.74 37.28 D

17 86.35 64.46 F

13A 174.17 112.41 F

Fuente: Secretaria de Movilidad de Bogotá D.C

La capacidad se define como las características físicas que posee una estructura

de transporte al momento de presentarse el flujo máximo horario y la evolución o

espera que se puede considerar razonable para que los automóviles de una

intersección atraviesen de un punto a otro un carril o calzada. Así mismo, se

deberá tener en cuenta que la capacidad se evaluará de acuerdo a características

geométricas como la cantidad de carriles y el tipo de vía, de control como

semáforos, señales o movimientos permitidos y de tránsito como su composición

vehicular y la velocidad de diseño. El nivel de servicio es una medida cualitativa

que clasifica las condiciones de operación de un flujo vehicular teniendo en cuenta

la percepción de los conductores y los pasajeros. Dichas condiciones, serán

evaluadas de acuerdo al contexto que se presente en términos de velocidad,

tiempo de recorrido, comodidad, interrupciones del flujo vehicular y seguridad vial.

(UPTC, 2007)

El nivel de servicio categoría C se identifica por llevar a cabo rutinas que tienen un

control de demora mayor a 20 segundos y menor a 35 por cada vehículo que

transita en la vía, ésta situación se puede presentar al momento de una agresión

80

fallida o una larga duración de ciclo. Por otro lado, el nivel de servicio D es

identificado por una demora en control que está entre 35 y 55 segundos por

vehículo, la congestión en la vía ya es notable y se podrán presentar largas

demoras junto a una combinación de progresión vial desfavorable, su

característica será que muchos vehículos pararán y la proporción de vehículos que

pasan sin dificultad la intersección disminuye, se presentarán relaciones altas v/c

es decir, de volumen a capacidad analizando la intersección en cuanto a las

características que posee para ofrecer una capacidad favorable. El nivel de

servicio E describe las operaciones que presentan una demora mayor a 55

Segundos y menores a 85. El servicio E es considerado por críticos como el nivel

máximo permitido o aceptable para transportarse por una intersección vial ya que

tienen una mala progresión de flujo vehicular, una relación v/c alta y una demora

de ciclo que es considerada alta. El nivel que se presenta en un 64% de la

intersección es el nivel de servicio F, dicho nivel de servicio se caracteriza por

tener un control de demora mayor a 80 segundos por vehículo, este nivel es

considerado inaceptable ya que cuando se presenta, indica que la intersección

está saturada y el flujo vehicular excede su capacidad con relaciones de 1.0 frente

a la relación v/c lo cual se relaciona con un nivel alto y fallas graves de duración

en el ciclo. (Vélez, 2004)

Es entonces como se evidencia el estado de la intersección semaforizada con un

tiempo de demora que se considera alto y que el único movimiento que presenta

un nivel de servicio aceptable es el carril de la calzada de Transmilenio en sentido

Oriente – Occidente, es decir hacía Soacha.

La red de nodos del diseño de la turboglorieta elaborado con el Software Vissim

7.00 fue elaborada teniendo en cuenta la nomenclatura de la intersección actual,

lo que permite evidenciar por movimiento el nivel de servicio que se obtendrá con

el proyecto.

81

6.2 Proyección del flujo vehicular en la intersección

La proyección del flujo vehicular se determinó bajo el supuesto que el crecimiento

del flujo vehicular de la intersección será proporcional al crecimiento del parque

automotor del Distrito, teniendo datos sobre el parque automotor de los últimos

veinte años del distrito suministrados por el DANE.

Tabla 15 Crecimiento del parque Automotor Bogotá (DANE)

AÑO TOTAL VEHICULOS AÑO TOTAL VEHICULOS

1980 10116 1996 34711

1981 8334 1997 37378

1982 8149 1998 29370

1983 10291 1999 9944

1984 12319 2000 9611

1985 11939 2001 11365

1986 11960 2002 20623

1987 12560 2003 30028

1988 13702 2004 30690

1989 12565 2005 50779

1990 10928 2006 86020

1991 11938 2007 70236

1992 14466 2008 121720

1993 37179 2009 88329

1994 40688 2010 23921

1995 33169 Fuente: Departamento Nacional de estadística DANE

Al tener la información del parque automotor se procedió a graficarla con el fin de

realizar distintos tipos de regresión para determinar cuál es modelo matemático

que mejor describe el comportamiento del crecimiento del parque automotor en el

Distrito usando el coeficiente de correlación como indicativo. Para lograr este fin

se utilizaron diferentes tipos de regresión, permitiendo escoger el modelo

matemático que mejor describe el crecimiento del parque automotor.

82

En la figura 38 se muestra la gráfica de la regresión lineal realizada al conjunto de

datos correspondientes al registro histórico del crecimiento del parque automotor

para la cual se obtuvo en factor de correlación del 0.91596, el cual indica una

correlación del 91%.

Figura 38 Regresión lineal

En la figura 39 se muestra la gráfica de la regresión polinómial de segundo orden

realizado al conjunto de datos correspondientes al registro histórico del

crecimiento del parque automotor para la cual se obtuvo en factor de correlación

del 0.9825, el cual indica una correlación del 98%.

83

Figura 39 Regresión polinómial de segundo orden

En la figura 40 se muestra la gráfica de la regresión polinómial de tercer orden

realizado al conjunto de datos correspondientes al registro histórico del



Figura 40 Regresión polinómial de tercer orden

84

En la figura 41 se muestra la gráfica de la regresión polinómial de cuarto grado

realizada al conjunto de datos correspondientes al registro histórico del



Figura 41 Regresión polinómial de cuarto orden

En la figura 42 se muestra la gráfica de la regresión polinómial de quinto grado




85

Figura 42 Regresión polinómial de quinto orden

En la figura 43 se muestra la gráfica de la regresión polinómial de sexto grado



del 0.99582, el cual indica una correlación del 99.58%.

86

Figura 43 Regresión polinómial de sexto orden

En la figura 44 se muestra la gráfica de la regresión exponencial realizada al

conjunto de datos correspondientes al registro histórico del crecimiento del parque

automotor para la cual se obtuvo en factor de correlación del 0.9323, el cual indica

una correlación del 93%.

Figura 44 Regresión exponencial

87

En la figura 45 se muestra la gráfica de la regresión logarítmica realizada al

conjunto de datos correspondientes al registro histórico del crecimiento del parque

automotor para la cual se obtuvo en factor de correlación del 0.91497, el cual

indica una correlación del 91%.

Figura 45 Regresión logarítmica

Al tener los distintos modelos de regresión hechos se procede a escoger el

modelo matemático que mejor representa el crecimiento del parque automotor de

la ciudad

Tabla 16 Coeficiente de Correlación de las regresiones

TIPO DE REGRESIÓN COEFICIENTE DE

CORRELACIÓN (𝑹𝟐)

REGRESIÓN LÍNEAL 0.91596

REGRESIÓN POLINÓMIAL DE SEGUNDO ORDEN 0.9825

REGRESIÓN POLINÓMIAL DE TERCER ORDEN 0.98874

REGRESIÓN POLINÓMIAL DE CUARTO ORDEN 0.99307

REGRESIÓN POLINÓMIAL DE QUINTO ORDEN 0.99364

88

REGRESIÓN POLINÓMIAL DE SEXTO ORDEN 0.99582

REGRESIÓN EXPONENCIAL 0.9323

REGRESIÓN LOGARÍTMICA 0.91497

Se utilizó como modelo matemático para la proyección del crecimiento del parque

automotor la regresión Polinómica de sexto orden, esto debido que tiene un

coeficiente de correlación de 0.99582 teniendo en cuenta que si el coeficiente de

correlación es igual a 1 la correlación es perfecta, la cual describe el crecimiento

del parque automotor con la siguiente ecuación:

𝐹(𝑥) = −0.5519𝑥6 + 660.82527𝑥5 − 3296911.24948𝑥4 + 8772504510.92155𝑥3

− 13129841172998.7𝑥2 + 10480718991793400𝑥

− 3485847996534030000

Con el modelo matemático se procede a tabular los datos para un periodo de

diseño de 15 años

Tabla 17 Proyección del Crecimiento del parque Automotor

AÑO PARQUE

AUTOMOTOR

AÑO PARQUE

AUTOMOTOR

2016 1’430.285 2021 1’845.160

2017 1’508.929 2022 1’934.632

2018 1’589.739 2023 2’026.268

2019 1’672.714 2024 2’120.071

2020 1’757.854 2025 2’216.038

2026 2’314.171

2027 2’414.470

2028 2’516.934

2029 2’621.563

2030 2’728.358

89

En la figura 46 se muestra el crecimiento del parque automotor proyectado para un

periodo de diseño de 15 años, el incremento fue de un 47.58%.

Figura 46 Crecimiento del parque automotor para el periodo de diseño

Al tener proyectado el crecimiento del parque automotor se procede a determinar

el crecimiento porcentual de este.

𝑃 = ((𝐴𝑃

𝐴𝐶) − 1) ∗ 100

𝑃 = ((2728358

1430285) − 1) ∗ 100 = 90.75%

Donde:

P= Crecimiento porcentual del parque automotor

Ap= Numero de vehículos resultantes de la proyección del parque automotor para

un periodo de diseño de 15 años

Ac= Numero de vehículos que se tienen para el año inicial de la proyección (2016)

90

Teniendo en cuenta que el crecimiento del parque automotor para un periodo de

diseño de 15 años crece en 90.75% se procede a calcular los nuevos volúmenes

de trafico tomando como cierto que el crecimiento del parque automotor es

proporcional al volumen de tráfico en la intersección.

Tabla 18 Información de los aforos actuales y proyectados

ID DE

GIRO

INTERVALO

DE CONTEO

TOTAL

VEHICULOS

EQUIVALENTES

VEHICULOS

EQUIVALENTES EN HORA

PICO (ACTUAL 2015)

VEHICULOS

EQUIVALENTES EN

HORA PICO

(PROYECTADO 2030)

914A 7:45am 87 400 763

914A 8:00am 103

914A 8:15am 73

914A 8:30am 79

914A 8:45am 58

14A 7:45am 807 4758 9076

14A 8:00am 951

14A 8:15am 945

14A 8:30am 1054

14A 8:45am 1001

14B 7:45am 20 106 202

14B 8:00am 28

14B 8:15am 18

14B 8:30am 20

14B 8:45am 20

1A 7:45am 262 1362 2598

1A 8:00am 271

1A 8:15am 321

1A 8:30am 273

91

1A 8:45am 235

91A 7:45am 9 55 104

91A 8:00am 7

91A 8:15am 9

91A 8:30am 19

91A 8:45am 11

7 7:45am 0 0 0

7 8:00am 0

7 8:15am 0

7 8:30am 0

7 8:45am 0

3A 7:45am 891 4119 7857

3A 8:00am 880

3A 8:15am 822

3A 8:30am 747

3A 8:45am 779

3B 7:45am 26 116 221

3B 8:00am 22

3B 8:15am 24

3B 8:30am 20

3B 8:45am 24

Fuente: Adaptado de aforos calle 63S Secretaria de Movilidad Bogotá D.C

Tabla 19 Aforos actuales y proyectados, secretaria de Movilidad

ID DE

GIRO

INTERVALO DE

CONTEO

TOTAL

VEHICULOS

EQUIVALENTES

VEHICULOS

EQUIVALENTES EN HORA

PICO (ACTUAL 2015)

VEHICULOS EQUIVALENTES

EN HORA PICO

(PROYECTADO 2030)

1 7:45am 153 737 1405

1 8:00am 112

92

1 8:15am 161

1 8:30am 178

1 8:45am 133

91 7:45am 67

474 904

91 8:00am 87

91 8:15am 114

91 8:30am 110

91 8:45am 96

4A 7:45am 891

4883 9314

4A 8:00am 967

4A 8:15am 1002

4A 8:30am 1124

4A 8:45am 899

4B 7:45am 20

106 202

4B 8:00am 28

4B 8:15am 18

4B 8:30am 20

4B 8:45am 20

17 7:45am 189

906 1728

17 8:00am 146

17 8:15am 178

17 8:30am 214

17 8:45am 179

13A 7:45am 979

4632 8835

13A 8:00am 1001

13A 8:15am 953

13A 8:30am 864

13A 8:45am 835

13B 7:45am 26 116 221

13B 8:00am 22

93

13B 8:15am 24

13B 8:30am 20

13B 8:45am 24


6.3 Diseño geométrico

El desarrollo del diseño geométrico está fundamentado en la guía de Diseño de

Vías Urbanas del Instituto de desarrollo Urbano (IDU) 2015. Complementando con

las normas ASSTHO 2011 e INVIAS 2008, sin dejar de lado el objetivo principal

que diseñar un intercambiador que logre dar una posible solución al problema de

movilidad actual generado en las intersecciones.

6.3.1 Parámetros de Diseño Básicos

Los parámetros del diseño se determinaron teniendo en cuenta la clasificación de

la vía y los parámetros ya establecidos por el IDU.

6.3.1.1 Vehículo de Diseño

En la selección del vehículo de diseño se debe considerar el tipo de

vehículo con las mayores exigencias, que posiblemente hará uso de la

infraestructura vial con una frecuencia importante. (IDU, 2015).

La selección del vehículo de diseño se realizó teniendo en cuenta la vocación del

tipo de vía a diseñar y su jerarquía funcional, es por esto que para el desarrollo del

intercambiador se utilizó el vehículo de diseño C2-G correspondiente a un tracto

camión.

94

Figura 47 Tipos de vehículo de diseño IDU

Fuente: Instituto de desarrollo Urbano IDU 2015

Donde el vehículo de diseño utilizado para el transporte masivo es el biarticulado

240PAS 27.57m, y el vehículo de diseño utilizado para las zonas de tráfico mixto

es C2 9.19m el cual corresponde a un vehiculó de carga.

Figura 48 Vehículo de diseño para tráfico mixto

Fuente: (IDU, 2015)

95

Figura 49 Vehículo de Diseño calzada exclusiva BTR

Fuente: (IDU, 2015)

Donde los vehículos de diseño serán utilizados para la determinación del

sobreancho en curvas y principalmente para la determinación del ancho del carril

que deberá tener la turboglorieta.

6.3.1.2 Velocidad de Diseño

Le velocidad de diseño es la velocidad máxima en la cual el vehículo de diseño

puede transitar con seguridad, está depende principalmente de la jerarquía de la

vía a diseñar. (IDU, 2015)

Figura 50 Velocidad de diseño según jerarquía vial y tipo de terreno

Fuente (IDU, 2015):

Teniendo en cuenta que la Autopista Sur y la Avenida Bosa son vías tipo arterial

principal se escogió como velocidad de diseño 100km/h. Por otro lado la velocidad

de diseño de la turboglorieta dado que es una intersección giratoria en la cual se

debe ceder el paso y tiene separadores físicos, la velocidad de diseño que se

escogió fue de 40km/h, esto según las recomendaciones dadas por el creador de

este tipo de intersección el Ing. Fourtuijin, quien en su artículo (Turbo

96

Roundabouts. Design principles and safety performance) publicado en el 2009,

afirma que la velocidad de operación ideal está entre los 37-39 km/h.

6.3.1.3 Tipos de concatenación

Parte fundamental en el desarrollo del diseño de la geometría de la vía fue el tipo

de concatenación a utilizar dependiendo lo ángulos de deflexión, lo cual jugó un

papel importante en cuanto a las limitaciones a la hora de realizar el diseño.

Tabla 20. Tipos de curva a diseñar según ángulo de deflexión

Fuente: (IDU, 2015)

Los tipos de concatenación el IDU los divide en cuatro casos, en el primer caso es

cuando el Angulo de reflexión formado entre los alineamientos es menor o igual a

2°, para este caso no se utilizar ningún tipo de concatenación es decir no se

realiza el diseño de ningún tipo de curva. El caso aplica cuando se tiene ángulos

de deflexión contenidos entre el intervalo de 2° grados a 6° grados en el cual se

utilizan curvas circulares simples donde el radio a utilizar depende del peralte que

se escoja y la velocidad de diseño. El caso tres se aplica para grados de deflexión

entre 6° grados y 20° grados para el cual se utilizan el tipo de concatenación

Espiral-Espiral, teniendo en cuenta que las longitudes de la espiral pueden variar y

ser o no una concatenación asimétrica, siempre y cuando se respete la longitud

mínima de la espiral, la cual ya está prestablecida según el peralte y la velocidad

de diseño. Para el cuarto caso se utiliza el tipo de concatenación Espiral-Circula-

Espiral, donde tanto como el radio de la circular como las longitudes de la espiral

pueden variar siempre y cuando estás sean mayores a las mínimas establecidas.

(IDU, 2015)

97

6.3.1.4 Radio mínimo de curvatura

El radio mínimo de curvatura se escogió de acuerdo a la velocidad de diseño a

utilizar, debido a que se tienen dos velocidades de diseño una destinada al paso a

desnivel y otra para la turboglorieta, donde la primera debido a que es una vía

arterial principal es de 100km/h y para la turboglorieta se estableció una velocidad

de diseño de 40km/h ya se acerca a le velocidad operacional ideal de la

turboglorieta.

Debido a que el radio de curvatura y el peralte dependen entre sí, se decidió

escoger el peralte a utilizar y con base a este determinar el radio de curvatura a

utilizar, donde para el paso a desnivel se estableció que el peralte máximo que se

utilizaría sería del 6% y para la turboglorieta del 4%.

Tabla 21. Radio de Curvatura mínimo

Fuente: (IDU, 2015)

Apoyados en las recomendaciones dadas por el IDU se estableció que el radio

mínimo de curvatura para el paso a desnivel sería de 437m y para la turboglorieta

sería de 47m.

6.3.1.6 Consideraciones básicas para el diseño

El IDU recomienda tener en cuenta los siguientes aspectos en cuenta para el

diseño geométrico de corredores viales en el distrito.

98

En arterias principales, la longitud de una curva compuesta en ningún caso será

menor a 250m (IDU, 2015).

En arterias principales y complementarias, así como en vías locales, las curvas

revertidas están prohibidas (IDU, 2015).

- Las entretangencias tendrán la longitud necesarias para lograr realizar una

correcta transición de peralte. (IDU, 2015).

- Para vías de varias calzadas debe existir un eje de diseño para cada

calzada; no son aceptables ejes de diseño que vayan por los separadores.

(IDU, 2015).

- Se requieren pendientes longitudinales mínimas de 0.3% para garantizar el

drenaje superficial. (IDU, 2015)

- El gálibo vehicular mínimo a garantizar es de 4.9m en vías arteriales y 4.5m

en vías locales e intermedias. En zonas donde exista pasos del ferrocarril el

gálibo mínimo deberá ser de 5.5m. (IDU, 2015)

- El bombeo normal debe ser mínimo de 2%. (IDU, 2015)

- Cuando las calzadas tengas más de dos carriles, el eje de diseño debe

localizarse por una parte de las líneas de demarcación y drenar de la

siguiente manera: para 3 carriles, 2 hacia un costado y 1 hacia el otro, para

cuatro carriles 2-2 y para 5 carriles 3-2. (IDU, 2015)

- El peralte máximo recomendado a nivel urbano es de 4%, en arterias

principales podrá aceptarse hasta el 6%. En puentes y túneles puede

aceptarse hasta el 8%. (IDU, 2015)

- El ancho de carril mínimo para el tránsito de transporte particular es de

3.0m, de 3.2m para transporte público y 3.5m para transporte masivo tipo

BRT (no incluye tachones de separación) (IDU, 2015).

- Los anchos mínimo de la franja de circulación peatonal son de 7.0m en

escala metropolitana, 4.0m en escala zonal y de 1.5m en escala local. (IDU,

2015).

99

6.3.2 Diseño planimétrico

Para realizar el diseño planimétrico se inició por realizar el diseño geométrico de la

turboglorieta y en base a las restricciones que este genere continuar con el paso a

desnivel.

6.3.2.1 Diseño geométrico de la turboglorieta.

Debido a que el funcionamiento de la turboglorieta radica en la utilización de la

espiral de Arquímedes para el desarrollo de la misma, se inicia el modelamiento

de la turboglorieta a utilizar teniendo en cuenta el tipo de turboglorieta a diseñar.

Debido a la demanda estimada que deberá soportar la turboglorieta se escogió

con anterioridad que sería un turboglorieta tipo estrella de 3 ramales con una

capacidad de 5500 vehículos equivalentes por hora. Donde la geometría de este

tipo de turboglorieta posee tres líneas de desfase y un triángulo equilátero como

origen, se procedió a realizar el diseño de la misma modelando la espiral de

Arquímedes con base a tres puntos.

Para el modelamiento de la espiral es necesario establecer cuál será el origen de

la misma así como la orientación de las líneas de desfase, para esto es necesario

establecer la orientación de las calzadas que emergen en o convergen de la

turboglorieta de manera directa, esto se realiza de manera muy eficiente mediante

la utilización de Software de diseño asistido por computador, se establecen los

azimut de cada calzada así como un punto que se encuentre en el centro de la

calzada.

En la figura 51 se aprecian los centros de cada calzada y el azimut de cada una de

estas, esto se realizó con el fin de calcular los vértices del polígono de origen, al

cual se le calculo el centroide de área.

100

Figura 51. Cálculo del centroide de área

Teniendo claro que el azimut de los ejes de las calzadas que emergen o

convergen se toma como si todos convergieran en la intersección se procede a

determinar las coordenadas de los puntos medio esto con el fin de determinar el

origen de la turboglorieta.

En la tabla 22 se aprecian las coordenadas da cada uno de los centros de la

calzada así como su azimut.

Tabla 22 Coordenadas y orientación de las calzadas que emergen y convergen en la intersección

PUNTO COORDENADAS AZIMUT

ESTE NORTE GR MIN SEG

1 88831.817 100094.945 88 10 45

2 88896.760 100107.507 184 45 2

3 88916.594 100105.854 185 14 29

4 88922.226 100096.894 265 32 34

5 88887.087 100060.854 89 49 38

6 88929.708 100059.267 86 19 25

101

Teniendo las coordenadas de las coordenadas y el azimut de los distintos tipos de

calzadas se procede a determinar el Centroide de área del polígono de origen que

me formaran las intersecciones de los ejes.

En la figura 52 se modela el polígono de origen a partir de los 4 vértices más

representativos, de las calzadas que emergen o convergen en la intersección

Figura 52 Polígono de Origen

Teniendo el polígono de origen definido creado por la intersección de visuales del

punto 1 con el 2 para el primer vértice, 3 con 4 para el segundo vértice, 2 con 5

para el tercer vértice y 3 con 6 para el ultimo vértice. Se procede a calcular las

coordenadas de los vértices del Polígono mediante el siguiente modelo

matemático.

102

Ecuación 8. Calculo de Azimut

Teniendo en cuenta que las coordenadas este y norte del punto de intersección

serán las mismas al interceptarse la visual, se procede a igualar las ecuaciones y

resolver el sistema de ecuaciones que posee dos ecuaciones y dos incógnitas en

este caso las coordenadas norte y este del punto de intersección.

Ecuación 9. Calculo de Azimut para la intersección de visuales

Dónde:

Epi= Coordenada Este del punto de intersección

Ep1= Coordenada Este del Punto Uno

Ep2= Coordenada este del punto dos

Npi= Coordenada Norte del punto de intersección

Np1= Coordenadas Norte del Punto uno

Np2= Coordenada Norte del punto dos

Azr1= Azimut de referencia desde el punto 1

103

Azr2= Azimut de referencia desde el punto 2

Despejando la coordenada este del punto de intersección de la ecuación 1

tenemos:

Ecuación 10. Calculo de coordenadas del punto de intersección

Sustituyendo la ecuación 1 en l ecuación 2 tenemos:

𝑇𝑎𝑛(𝐴𝑧𝑟2) =𝑇𝑎𝑛(𝑎𝑧𝑟1) ∗ 𝑁𝑝𝑖 − 𝑇𝑎𝑛(𝐴𝑧𝑟1) ∗ 𝑁𝑝1 + 𝐸𝑝1 − 𝐸𝑝2

𝑁𝑝𝑖 − 𝑁𝑝2

Operando tenemos:

(𝑁𝑝𝑖 − 𝑁𝑝2) ∗ 𝑇𝑎𝑛(𝐴𝑧𝑟2) = 𝑇𝑎𝑛(𝐴𝑧𝑟1) ∗ 𝑁𝑝1 − 𝑇𝑎𝑛(𝐴𝑧𝑟1) ∗ 𝑁𝑝1 − 𝐸𝑝2

Despejando:

𝑁𝑝1 =𝑁𝑝2 ∗ 𝑇𝑎𝑛(𝐴𝑧𝑟2) − 𝑇𝑎𝑛(𝐴𝑧𝑟1) ∗ 𝑁𝑝1 + 𝐸𝑝1 − 𝐸𝑝2

𝑇𝑎𝑛(𝐴𝑟𝑧2) − 𝑇𝑎𝑛(𝐴𝑧𝑟2)

Teniendo las coordenadas de los puntos de intersección que son los vértices del

polígono de origen:

Figura 53 Coordenadas vértices del polígono de origen

Punto de Intersección Coordenadas

Este Norte

1,2 88895.8853 100096.982

3,4 88915.7256 100096.387

2,5 88892.8844 100060.871

3,6 88912.2172 100058.143

104

Se procede a dividir la figura en el número mínimo de triángulos posible, esto con

el fin de facilitar el cálculo de las coordenadas del Centroide de área, esto debido

a que el Centroide de área de un triángulo se puede calcular por geometría, donde

para el cálculo del Centroide de área de un triángulo también se aplica el método

de intersección de visuales.

Figura 54 Triangulación del Polígono de Origen

Para calcular el Centroide de área de los triángulos es necesario determinar las

coordenadas de los puntos medios de los catetos, y el azimut al vértice opuesto

del cateto, esto se realiza para dos catetos y en base a esto se calculan las

coordenadas del Centroide de área.

105

Figura 55 Catetos de los triángulos que modelan el polígono de origen

Donde los dos triángulos están formados por:

Triangulo 1: Catetos A,B,C

Triangulo 2: Catetos A,B’,C’

Tabla 23 Coordenadas Centroide de Área de los triángulos que modelan el polígono de origen

TRIANGULO COORDENADAS

ESTE NORTE

1 88900.389 100071.928

2 88908.000 100083.775

1

2

106

Teniendo las coordenadas de los Centroide de áreas de los triángulos se procede

a calcular las coordenadas del Centroide de área del polígono de origen el cual

será el origen del triángulo equilátero que representara los tres orígenes base para

el modelamiento de la espiral de Arquímedes. Donde las coordenadas del

Centroide de área general van a estar dadas por las ecuaciones:

Ecuación 11. Formula general para calcular la coordenada este del centroide de área a partir de un polígono

formado por varios triángulos

Ecuación 12.Formula general para calcular la coordenada Norte del centroide de área a partir de un polígono

formado por varios triángulos

Donde:

At1= Área del triángulo uno

At2= Área de triangulo dos

Atn= Área del triángulo n

Nct1= Coordenada norte del centroide de área del triángulo 1

Nct2 = Coordenada norte del centroide de área del triángulo 2

Nctn= Coordenada norte del centroide de área del triángulo n

Nc= Coordenada norte centroide de área del polígono de origen

Ec= Coordenada este del centroide de área del polígono de origen.

107

Aplicando la ecuación tenemos que las coordenadas del Centroide de área del

polígono origen son:

Tabla 24 Coordenadas del Centroide de área

COORDENADAS

ESTE NORTE

88903.880 100077.969

Teniendo las coordenadas del Centroide de área del polígono origen se procede a

calcular el azimut de las líneas de desfase para el modelamiento del triángulo de

origen de la espiral de Arquímedes.

Teniendo en cuenta que la vía principal que forma parte de la turboglorieta es la

Avenida Bosa se calcula el contra azimut promedio de las dos calzadas principales

de está.

Ecuación 13. Azimut principal de referencia

Al tener definido el azimut de la línea de desfase principal se procede a calcula el

azimut de las dos líneas de desfase restante, teniendo en cuenta que el Angulo

formado por estas de 120° grados entre sí.

Ecuación 14. Azimuts de las líneas de desfase

108

Al tener calculado el azimut de las líneas de desfase se procede a calcular las

coordenadas de los puntos de origen que modelaran la espiral de Arquímedes,

para esto es necesario calcular el ancho de carril de tendrá la turboglorieta, esto

debido a que es necesario conocer el ancho de carril para poder modelar la espiral

de forma correcta. Para esto se modela el recorrido más con el radio menor de la

espiral con el vehículo de diseño para determinar el ancho de carril necesario, por

facilidad el sobreancho fue calculado con el Software Vehicule Tracking.

En la Figura 56 se aprecia el ancho de carril que utilizaría el vehículo de diseño al

transitar por la turboglorieta, el cual fue determinado mediante simulación el

software vehicle tracking de Autodesk.

Figura 56 Simulación de la trayectoria del vehículo de Diseño

En la figura 57 se muestra el ancho de carril mínimo necesario para garantizar el

desplazamiento del vehículo de diseño a lo largo de la sección de la turboglorieta

con el radio menor.

109

Figura 57 Ancho de carril necesario para el tránsito del vehículo de diseño a la velocidad de diseño

Donde el ancho de carril mínimo para que el vehículo de diseño logra transitar por

la turboglorieta con el radio mínimo es de 3.352m, se procede a determinar el

ancho de carril que tendrá la turboglorieta teniendo en cuenta que se tendrá un

factor de seguridad de 1m y un separador físico de 0.2m en cada costado.

Ecuación 15. Ancho de carril de la Turboglorieta

Dónde:

Ac= Ancho de carril

Amvd = Ancho de carril mínimo para el vehículo de diseño transitando a la velocidad

de diseño

Sf= Ancho de separador físico de carriles

110

Donde el ancho de carril escogido para el diseño de la turboglorieta es de 4.65m

con el separador de carriles incluido.

Teniendo definido el ancho de carril a utilizar se procede a calcular las

coordenadas de la ubicación de los orígenes de las curvas circulares que

modelaran la espiral de Arquímedes, debido a que la tuboglorieta es una

turboglorieta tipo estrella su figura central es un triángulo equilátero donde cada

cateto que lo conforma tiene una longitud igual a 1/3 el ancho de carril esto con el

fin de que en cada revolución aumente su radio igual al ancho de carril

garantizando la separación de los carriles.

Donde las coordenadas de los puntos de origen de determinan mediante el

siguiente modelo matemático:

Ecuación 16, Coordenadas de los orígenes de las curva circular compuesta

Dónde:

Eo1= Coordenada este del punto de origen 1

No1= Coordenada Norte del Punto de origen 1


111




b= Ancho de carril

Azl1= Azimut de la primer línea de desfase

En la figura 58 se aprecia las líneas de desfase, que son la guía para el

modelamiento de las curvas compuestas, que a su vez modelan la espiral de

Arquímedes.

Figura 58 Líneas de desfase Turboglorieta

Teniendo las tanto las coordenadas de los orígenes como las líneas de desfase,

se procede a modelar la espiral de Arquímedes. Su modelación se realiza a partir

de curvas compuestas y sus radios varían de la siguiente manera:

112

Ecuación 17. Calculo de radios de las curvas compuestas que modelan la espiral de Arquímedes.

Dónde:

R1: Radio de curvatura 1



b= Ancho de carril

El número de radios dependerá directamente del número de revoluciones que

sean necesarias para el diseño, donde en el caso de la turboglorieta estrella cada

revolución está formado por tres radios.

En la figura 59 se puede apreciar la curva circular compuesta de tres radios que

modela una revolución de la espiral de Arquímedes.

113

Figura 59 Radios que modelan la espiral de Arquímedes

Donde al tener al realizar la revolución tendrá una separación igual al ancho de

carril, lo cual se puede apreciar en la figura 60.

114

Figura 60 Separación entre revoluciones de la espiral de Arquímedes

Teniendo claro la metodología para el modelamiento de una revolución se procede

a seguir con el modelamiento de la espiral teniendo en cuenta que son necesarias

tres revoluciones para el tipo de turboglorieta estrella que se diseñara, en la figura

61 se muestra la espiral base para el desarrollo de la turboglorieta.

Figura 61 Turboglorieta modelada en base a tres espirales de Arquímedes interpuestas

115

Teniendo modelada la espiral se procede a crear el alineamiento de la espiral de

Arquímedes con el fin de facilitar el empalme entre los carriles que emergen o

convergen de la turboglorieta, como se aprecia en la figura 62.

Figura 62 Alineamiento inicial Turboglorieta

Donde el modelamiento de la espiral que se realizó con la ayuda de Software de

diseño asistido por computador, con el fin de lograr tener mayor facilidad para el

modelamiento de la espiral de Arquímedes a partir de una curva compuesta de 12

radios, donde el PCC siempre va a estar ubicado sobre la línea de desfase de ahí

la importancia de estás, ya que demarcan el punto donde debe aumentar el radio

de curvatura.

116

Figura 63 Turboglorieta Base sin empalmes

Teniendo diseñada la turboglorieta se procede a verificar si el vehículo de diseño

puede transitar de manera correcta por esta, mediante la simulación del recorrido

del vehículo a través de la turboglorieta, como se evidencia en la figura 64.

Figura 64 Simulación del recorrido del vehículo de diseño a la velocidad de diseño por la turboglorieta

117

Donde el vehículo de diseño transita de manera correcta por la turboglorieta

respetando el factor de seguridad.

Comprobado que el ancho de carril es funcional para que el vehículo de diseño

transite por la turboglorieta de forma segura se procede a crear los separadores

físicos, que para nuestro caso se siguen las recomendaciones del Ing. Lenin Bulla,

que es su tesis de maestría recomienda la utilización de tachones remontables

como separadores, los cuales se aprecian en la figura 65.

Figura 65 Tachones remontables

Fuente: (Lenin Bulla, 2010)

Donde estos separadores cuentan con un ancho de 30 cm una altura de 20 cm y

una longitud de 50 cm. (Lenin Bulla, 2010)

El empalme de los ramales con las espirales se realiza teniendo en cuenta que es

necesario que los bordes de carril de los ramales sean los que se empalmen con

las bordes de carril de la turbo, que son las espirales que modelan la turboglorieta.

118

Figura 66 Empalme ramales con espirales

Para realizar el empalme se crea una línea de empalme desde la cual se procede

a calcular el radio de curvatura necesario para empalmar los bordes de los carriles

que conforman el ramal, teniendo en cuenta que está línea debe partir del origen

que modela la curva circular de la zona donde se empalmara.

Figura 67 Empalme Turboglorieta con ramales mediante línea de empalme

119

Se calculan las coordenadas de la intersección de línea de empalme con los ejes

de la turboglorieta, y se calcula el azimut de la línea de empalme, y se procede a

calcular la tangente de que se tiene y el Angulo de deflexión para despejar el radio

de la curva circular que se utilizara para empalmar la espiral con los ramales.

Figura 68 creación de tangente para empalme

Teniendo se azimut de la línea de desfase y los bordes de carril del ramal, se

calcular el punto de intersección entre estos teniendo en cuenta que el azimut de

la tangente:

𝐴𝑡𝑒 = 𝐴𝑙𝑒 ± 90°

Dónde:

𝐴𝑡𝑒 = 𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑝𝑎𝑙𝑚𝑒

𝐴𝑙𝑒 = 𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙í𝑛𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑝𝑎𝑙𝑚𝑒

Teniendo estos dos azimut así como las coordenadas de los puntos de

intersección entre la línea de empalme y las espirales se procede a calcular por

intersección de visuales las coordenadas del punto donde se intercepta la

tangente de empalme con el borde de carril, y se calcula la longitud de la tangente

120

y el ángulo de deflexión generado, y se despeja el radio para realizar la curva

circular que se utilizara para empalmar las espirales con los ramales.

Figura 69 Empalme entre borde de ramal y espiral de Arquímedes

De esta manera se empalman con la turboglorieta ya sean los ramales de entrada

o salida, teniendo en cuenta que se hace desde afuera hacia adentro y que para

cada borde de carril se debe tener un borde de carril de la turboglorieta.

Para el desarrollo del diseño altimétrico se optó por no realizar curvas verticales y

mantener solo las pendientes mínimas de drenaje superficial, con el fin de facilitar

el empalme entre los ramales, sin necesidad de realizar curvas verticales en los

empalmes.

121

Figura 70 Pendientes turboglorieta

Figura 71 Empalme vertical entre espirales

Debido a que las espirales se interceptan en el lugar donde el carril va incrustado

en la isleta central se usó esa longitud de curva para realizar la transición entre la

pendiente de la espiral contigua y pasar a la pendiente de la espiral de la que

forma parte, esto debido a que los ejes de las espirales tienen una diferencia

altura correspondiente al bombeo utilizado como peralte debido a la imposibilidad

de realizar las transiciones de peralte, donde este bombeo es del 4%, y se usa

122

esta zona para bajar de la cota en el punto de intersección e ir realizando el

modelado del peralte.

6.3.2.2 Diseño Geométrico del paso a desnivel

Teniendo modelada la espiral de Arquímedes se procedió a realizar el diseño

geométrico del paso a desnivel, donde se desarrollaron en primer lugar los

empalmes entre la turboglorieta y los ramales que convergen o emergen de está,

se procedió a realizar el diseño geométrico del paso a desnivel siguiendo las

recomendaciones de la guía de diseño de vías urbanas del IDU. Esta vía tiene una

velocidad de diseño entre 100 y 120 km/h, por lo cual se utilizó un radio de

curvatura de 500m y se buscó realizar tipos de concatenación circular cumpliendo

con el parámetro de que el Angulo de deflexión es menor a 6°, esto debido

principalmente a que era imposible desarrollar el diseño del paso utilizando

concatenaciones con espirales principalmente por su longitud y la imposibilidad de

realizar curvas verticales sin que estuvieran contenidas dentro de una curva

circular.

Para el diseño se tomó como base la cota del punto más bajo del diseño vertical

de la turboglorieta y a partir de esta se determinó la altura máxima a la cual se

podría ubicar la rasante del paso a desnivel para que lograra cumplir con el gálibo

mínimo establecido por el IDU, para vías arteriales principales como lo es la

Autopista sur el gálibo mínimo es de 5m, posterior a tener establecido dicho

parámetro se procedió a realizar el diseño altimétrico teniendo en cuenta que la

pendiente máxima permitida es del 6%, así mismo se definió que la longitud de las

curvas verticales fuera de 60m en la totalidad de curvas que se presentan a lo

largo de dicho paso a desnivel.

123

Figura 72 Perfil Longitudinal Calzada exclusiva Transmilenio hacia Soacha

Es importante tener en cuenta que en el tramo de estudio se encontraban en total

14 tipos de giro, de los cuales 7 se solucionan con el diseño de la turboglorieta

como se estima en la figura 75, dichos giros son representados con la

nomenclatura 1, 914A y 91A de la calle 63 Sur y 4A y 17 de la Avenida Bosa.

En el paso a desnivel se desarrollaron los giros 14A, 14B, 3B y 3A de la Calle 63

Sur y 4B, 13B Y 13A de la Avenida Bosa, dichos giros representan dos calzadas

de tráfico mixto de 3 carriles en sentido Occidente – Oriente y Oriente – Occidente

y dos calzadas de un carril para Transmilenio.

124

En el paso a desnivel se debe tener en cuenta que las calzadas de tráfico mixto

tienen tres carriles de 3.25m, las dos calzadas de Transmilenio tienen una medida

de 3.5m y la longitud total es 720m.

En las figura 73 y en la figura 74 se puede apreciar un paso a desnivel que fue

desarrollado en la ciudad de Bogotá, dicho paso a desnivel tienen una velocidad

de circulación de 30Km/h y una calzada de tráfico mixto de dos carriles.

Figura 73. Paso a desnivel en la Calle 26 con Avianca

Figura 74. Paso a desnivel en la Calle 26 con Avianca

125

7. RESULTADOS DISEÑO GEOMETRICO

7.1 Niveles de Servicio de la Turboglorieta – Actuales y Proyectados

Es necesario tener en cuenta que, los movimientos de la intersección actual se

reducen ya que las trayectorias cambian de acuerdo al diseño de la turboglorieta y

el puente.

La Avenida Bosa presenta un cambio de nomenclatura de acuerdo al diseño

actual debido a que los movimientos 1, 91, 4A y 17 se movilizan en el diseño de la

tuboglorieta como se observa en la figura 75 mientras que, los movimientos 4B,

13B y 13A fluyen por el diseño del paso a desnivel, es por ello que la

determinación del nivel de servicio cambia, es por ello que se tendrá en cuenta la

tabla de nivel de servicio establecida por el INVIAS de acuerdo a la velocidad por

tipo de terreno. El paso a desnivel tiene una pendiente del 6% por lo que se

asume que es terreno montañoso, dichas condiciones se pueden observar en la

tabla 19.

Tabla 25 Nivel de servicio según velocidad a la que transitan los vehículos

TIPO

TERRENO

NIVEL DE SERVICIO

A B C D E F

PLANO < 3% >83 72 – 83 62 – 72 52 – 62 42 – 52 ≤ 42

ONDULADO ≥

3 - < 6 %

>68 59 – 68 51 – 59 43 – 51 34 – 43 ≤ 34

MONTAÑOSO

≥ 6 - < 8 %

>52 45 – 52 39 – 45 33 – 39 26 – 33 ≤ 26

ESCARPADO

≥ 8 %

>36 31 – 36 27 – 31 23 – 27 18 – 23 ≤ 18


126

De acuerdo a la tabla de velocidades en Km/h por tipo de terreno del INVIAS se

determinó que los movimientos 4B, 13B y 13A, es decir los movimientos que son

desplazados por el paso a desnivel tienen un nivel de servicio A ya que logran

desarrollar con facilidad una velocidad mayor a 83Km/h, teniendo en cuenta que

las velocidades en algunos tramos son sostenidas y cambian debido a la

pendiente.

Poder analizar los resultados obtenidos del nivel de servicio de la intersección

actual y de la implementación de la turboglorieta permitirá identificar las ventajas

del diseño geométrico en la actualidad y en un escenario futuro, es por ello que se

evalúo la capacidad del diseño geométrico de acuerdo a la tabla 26 del Highway

Capacity Manual – HCM del año 2010 el cual tiene como parámetro:

Tabla 26 Nivel de servicio en intersecciones giratorias mediante demora en segundos por vehículo

Fuente: HCM 2010

Teniendo en cuenta los parámetros de la tabla brindaba por la HCM y los

resultados de la simulación se obtuvieron los siguientes resultados con el volumen

vehicular actual y el diseño geométrico del paso a desnivel y de la Turboglorieta:

DEMORA PROMEDIO

(s/vehículo) VC ≥ 1

0 – 10 A

> 10 - 15 B

> 15 - 25 C

> 25 - 35 D

> 35 – 50

> 50

E

F

127

Tabla 27 Nivel de servicio giros existentes que transitarían por la turboglorieta pertenecientes a la Calle 63 Sur

AUTOPISTA SUR CON CALLE 63 SUR

MOVIMIENTO DELAY

(ALL)

STOP

(ALL)

NIVEL

SERVICIO

1A 12.88 5.96 B

91A 0.534 0 A

914A 0.658 0 A

Tabla 28 Nivel de servicio paso a desnivel para movimientos de la Calle 63 Sur


MOVIMIENTO TERRENO VELOCIDAD NIVEL DE

SERVICIO

14A MONTAÑOSO ≥6 - < 8 % 50 KM/h A

14B MONTAÑOSO ≥6 - < 8 % 50 KM/h A



Tabla 29 Nivel de servicio giros existentes que transitarían por la turboglorieta pertenecientes a la AV Bosa


MOVIMIENTO DELAY

(ALL)

STOP

(ALL)

NIVEL

SERVICIO

1 12.88 5.96 B

91 0.53 0.0 A

4A 4.66 0.1 A

17 18.76 8.86 C

128

Tabla 30. Nivel de servicio paso a desnivel para movimientos de la Avenida Bosa



SERVICIO




Al momento de proyectar la simulación es necesario tener en cuenta que se

realizará con el índice de las regresiones lineales, el cual es 1.90756193. Es así

como se obtuvo el nivel de servicio de la turboglorieta proyectada y del viaducto,

teniendo como resultado:

Tabla 31 Niveles de servicio proyectados a 15 años de la turboglorieta pertenecientes a la Calle 63 Sur


MOVIMIENTO DELAY

(ALL)

STOP

(ALL)

NIVEL

SERVICIO

1A 14.145 1.19 B

91A 7.679 0.895 A

914A 0.857 0 A

Tabla 32. Nivel de servicio paso a desnivel Calle 63 Sur



SERVICIO


129




Tabla 33. Niveles de servicio proyectados a 15 años de la turboglorieta pertenecientes a la Avenida Bosa


MOVIMIENTO DELAY

(ALL)

STOP

(ALL)

NIVEL

SERVICIO

1 14.15 1.19 B

91 7.68 0.89 A

4A 0.43 0.00 A

17 14.72 6.68 B

Tabla 34. Nivel de servicio paso a desnivel Avenida Bosa



SERVICIO




El nivel de servicio del movimiento 17 presente en la intersección de la Autopista

Sur con Avenida Bosa presenta un mayor nivel de servicio al momento de

proyectar la demanda ya que un aumento del flujo vehicular en la intersección

permite que el funcionamiento se acerque más a lo deseado, cediendo el paso a

vehículos y así generar una mayor equidad en la movilidad del diseño geométrico.

Es así como se concluye que a medida de que se aumente el flujo vehicular se

adoptará un mejor funcionamiento de la Turboglorieta y permitirá que los

130

automóviles del tramo de estudio se movilicen con niveles de servicio aceptables

en un tiempo de demora razonable para las entidades reguladoras de tránsito y

transporte más significativas.

7.2 Nivel de servicio de simulación diaria

Para asegurar que la intersección tendrá un nivel de servicio aceptable se simuló

el diseño geométrico de la turboglorieta con los aforos actuales para así asegurar

os resultados diarios en un día atípico en las 14 horas del día.

Tabla 35. Resultado de niveles de servicio por movimientos de la Turboglorieta aforos del año 2014

MOVIMIENTO DELAY ALL STOP ALL NIVEL

SERVICIO

1 - 1A 4.40593 1.2073 A

91 – 91A 1.15176 0.13314 A

914A 0.164574 0.00122 A

4A 0.808938 0 A

17 10.941409 3.421402 B

Figura 75 Gráfica de movimientos de la turboglorieta

131

7.3 Estimación de reducción de contaminación con el intercambiador

La estimación de las emisiones atmosféricas puede llegar a afectar un diseño

geométrico en cuanto a su practicidad y efectividad en un espacio público. Es

importante tener en cuenta que el modelo de emisiones está basado en las

velocidades y aceleraciones de cada vehículo, en el tramo de estudio es

importante tener en cuenta que será decisivo en el resultado las trayectorias que

tenga el vehículo debido a la aceleración, demora y flujo vehicular.

Tabla 36. Resultado de niveles de contaminación del modelo Vissim

ESTIMACIÓN NIVELES CONTAMINACIÓN

CO2 NOx VOC

INTERSECCIÓN 6240.096 1214.096 1446.203

TURBOGLORIETA 677.845 131.884 157.097

En el resultado se interpreta una notoria mejoría en todos los niveles de

contaminación. El cambio más importante se ve reflejado en el compuesto CO2 es

decir en el dióxido de carbono.

7.4 Cálculo de elementos del paso a desnivel

Con el respectivo diseño del paso a desnivel se procedió a obtener el resultado del

cálculo de los elementos de las curvas verticales con una pendiente máxima del

6%, así mismo se definió que la longitud de las curvas verticales fuera de 60m. Se

procederá entonces a exponer las características de las curvas que se encuentran

en cada perfil teniendo en cuenta que crest curve se refiere a una curva vertical

convexa y sag curve a una curva vertical cóncava.

1. Perfil calzada Transmilenio hacia Soacha

En la tabla 37, tabla 38, tabla 39 y tabla 40 se presentarán las curvas verticales

que se encuentran en el perfil de la calzada de Transmilenio hacia Soacha

teniendo en cuenta que su longitud empieza en K0+000 y culmina en k0+716.56.

132

Tabla 37. Curva vertical del perfil de Transmilenio hacia Soacha K0+152.96 – K0+212.96

Fuente: (Autodesk, 2015)



133





134

2. Perfil calzada mixta hacia Bogotá


que se encuentran en el perfil de la calzada de vehículos mixtos teniendo en

cuenta que su longitud empieza en K0+000 y culmina en k0+671.39.

Tabla 41. Curva vertical calzada mixta Bogotá k0+110.00 - k0+170.00


Tabla 42.Curva vertical calzada mixta Bogotá k0+260.00 - k0+320.00


135





136

3. Perfil calzada mixta hacia Soacha


que se encuentran en el perfil de la calzada de vehículos mixtos hacia Soacha

teniendo en cuenta que su longitud empieza en K0+000 y culmina en k0+722.40.

Tabla 45. Curva vertical calzada mixta Soacha K0+152.84 - K0+212.84




137





138

4. Perfil calzada Transmilenio hacia Bogotá


que se encuentran en el perfil de la calzada de Transmilenio hacia Bogotá

teniendo en cuenta que su longitud empieza en K0+000 y culmina en

k0+715.53.

Tabla 49. Curva vertical calzada Transmilenio hacia Bogotá K0+153.00 - K0+213.00




139





140

CONCLUSIONES

Se concluyó mediante simulaciones multimodales que el nivel de servicio

de las intersecciones del tramo de estudio actual de los 14 tipos de giro 9

se encuentran con un nivel de servicio F, lo cual se considera inaceptable y

hace evidente que la intersección está saturada y excede la capacidad para

la cual fue diseñada. La implementación de la turboglorieta en la

intersección permitirá que los niveles de servicio en los 14 tipos de giro 11

sean de nivel de servicio A lo que permitirá que el nuevo diseño soporte y

garantice que el volumen vehicular no tendrá dificultades en la trayectoria

por la intersección para el año 2030.

La estimación de la contaminación en el punto de intersección permitió

demostrar que el volumen de Dióxido de carbono con la posible

implantación del intercambiador disminuye en un 89.15%, así mismo se

redujo 89.13% el volumen de Compuestos orgánicos volátiles VOC y

89.14%% el volumen de Óxido de nitrógeno.

El vehículo de diseño de la turboglorieta debe ser el vehículo con más

exigencias que pueda transitar por la intersección vial, esto debido a la

presencia de los separadores físicos que se implementarán para el debido

funcionamiento de la turboglorieta.

Debido a la imposibilidad de realizar peraltes porque no se pueden

desarrollar las transiciones de manera adecuada, es necesario utilizar un

bombeo que pueda cumplir con las funciones de peralte.

Es necesario construir un puente peatonal sobre la Av. Bosa con el fin

evitar los peatones en el intercambiador ya que puede generar dificultades

de tráfico, accidentes y demoras debido al volumen vehicular y el diseño de

la turboglorieta ya que, no fueron considerados pasos seguros en la

intersección debido al diseño particular del tramo de estudio, también se

reconoce la importancia de que el profesor Fortuijn no recomiende los

peatones en el diseño de las turboglorietas.

141

RECOMENDACIONES

Para garantizar que el diseño de una turboglorieta cumpla con las

condiciones planteadas por el profesor Fortuijn y pueda soportar el volumen

de diseño de una intersección es necesario evaluar el volumen vehicular en

simulaciones con software de tránsito para garantizar que es un diseño

adecuado según el tipo de intersección y que los puntos de conflicto no

generarán dificultades en el paso de los automóviles.

Antes de proponer cualquier tipo de diseño de turboglorieta es necesario

determinar la capacidad que se requiere en el tramo de estudio, así como el

número de ramales que emergerán de ésta.

En las fases iniciales de la operación de la turboglorieta es necesario

explicar a los usuarios el funcionamiento de este tipo de intersección con el

fin de evitar confusiones, accidentes y un mal manejo de la calzada

giratoria, así como su debida señalización para el manejo de carriles.

Los tachones remontables usados como separadores deberán ser

reflectivos con el fin de evitar accidentalidad, invasiones de carril y

dificultades al momento de ceder el paso a los carriles de circulación en

horas de la noche.

142

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