Tal como se mencionó al inicio del curso, uno de los aspectos fundamentales para el diseño de una carretera es conocer su sección transversal, así como el detalle y la justificación de cada uno de sus componentes. Estos aspectos debieron haberse analizado previamente en el “Estudio de Tránsito, Capacidad y Nivel de Servicio”, el cual forma parte del conjunto de componentes que integran un estudio de carretera. En este estudio de tránsito ya se ha hecho la simulación y la justificación de la categoría de la carretera a diseñar y el dimensionamiento de cada uno de los componentes de la sección transversal típica.

Este insumo constituye la base fundamental para el inicio del diseño geométrico de la carretera, etapa en la cual el ingeniero diseñador se encarga de precisar, definir y aplicar adecuadamente los criterios técnicos necesarios para el desarrollo del proyecto.

La sección transversal define o describe los elementos de la carretera en un plano normal o perpendicular al eje, por lo que se pude decir que la sección transversal de una carretera en un punto de esta es un corte vertical normal al alineamiento horizontal.

Las características principales de la sección transversal están definidos por:

• Tipo de carretera
• Volumen de tránsito
• Velocidad
• Tipo de terreno
• Peralte
• Sobre ancho (eventual)
• Estructura de pavimento entre otras.

Al terminar el diseño y para determinar cantidades de obra y presupuesto del proyecto es necesario determinar el volumen de material que se necesita transportar para construir la vía y este es el último tema que se desarrolla en este curso.

Objetivo general

Presentar los criterios para el diseño en sección transversal de una vía.

Objetivos específicos

• Describir los elementos que componen la sección transversal de una vía.
• Describir los elementos de diseño del sobreancho y el diseño del peralte.
• Describir los elementos para determinar movimientos de tierras y el diagrama de masas.

Las figuras que se presentan a continuación corresponden a las secciones transversales típicas, definidas según la categoría de la carretera.

La primera ilustración muestra la sección transversal típica de una vía de doble calzada, en la que se identifican los elementos típicos y generales que la componen.

En las demás ilustraciones se observa la sección transversal típica para vías primarias y secundarias y vías terciarias.

Cabe señalar que las secciones mostradas representan casos típicos en tramos rectos, por lo tanto, no contemplan el sobreancho en ellas.

Finalmente, es importante aclarar que cada una de estas secciones puede variar ligeramente según el tipo, los requerimientos y las necesidades particulares de cada proyecto.

En el diseño de la sección transversal, es necesario conocer los elementos que lo componen:

• Ancho de zona o derecho de vía
• Explanación
• Corona
• Berma
• Sobreanchode compactación
• Cunetas
• Bombeo
• Taludes
• Chaflán
• Separadores de calzada
• Secciones transversales en recta
• Secciones transversales en curva

Cuando un vehículo circula por un alineamiento curvo ocupa un espacio mayor que el utilizado en el alineamiento en tangente, esta situación se produce porque las llantas traseras del vehículo no siguen el mismo recorrido de las delanteras, debido a la rigidez y geometría del vehículo, generando además una dificultad al conductor para mantener el vehículo centrado en su carril; por esta razón, la calzada en algunas curvas es a veces ensanchada, para que las condiciones de operación de los vehículos en ella, sean iguales a las encontradas en la tangente, tal ensanchamiento se denomina sobreancho.

Vehículos rígidos

El sobreancho necesario en una curva puede calcularse en función de:

• Ancho de la calzada en recta.
• Radio de la curva horizontal, para la cual se desea determinar el sobreancho.
• Distancia comprendida entre la parte delantera y el eje trasero del vehículo de diseño adoptado.

Vehículos articulados

Para determinar el soberancho en relación a los vehículos articulados, según el Manual AASHTO (2004), se calcula el ancho de la calzada, el ancho del vehículo en tangente, el Avance del voladizo delantero, el sobreanchoadicional de seguridad. Los valores de sobreancho calculados podrán ser redondeados, para obtener valores que sean múltiplos de 0.10 metros. Para fines de proyecto no se consideran las ampliaciones que resultan menores de 20 cm.

Con el fin de disponer de un alineamiento continuo en los bordes de la calzada, el sobreanchose debe desarrollar gradualmente a la entrada y a la salida de las curvas.

En el caso de curvas circulares simples, por razones de apariencia, el sobreanchose debe desarrollar linealmente a lo largo del lado interno de la calzada en la misma longitud utilizada para la transición del peralte.

En las curvas espiralizadas, la transición del sobreancho se realiza linealmente en la longitud de la espiral. Para la demarcación de la calzada, una vez pavimentada tanto la calzada como las bermas se debe proceder, desde el TE hasta el ET de la siguiente manera:

• Demarcar a cada lado el ancho proyectado de berma.
• Dividir la franja central restante en dos porciones iguales. El punto central corresponde al eje de la calzada a demarcar.

El peralte es la inclinación transversal de la calzada en las curvas de la carretera hacia la parte interna, a fin de minimizar el efecto de la fuerza centrífuga y permitir el equilibrio de los vehículos en movimiento.

Cuando un vehículo entra a rodar por una curva circular, siente un efecto a mantener la dirección del movimiento que inicialmente tenía, esta reacción es inducida por la inercia del movimiento y se desarrolla como una desviación radial conocida como la fuerza centrífuga.

Si la superficie sobre la cual se desplaza el vehículo, es inclinada transversalmente, con una pendiente ascendente hacia el exterior de la curva, y bajo esta condición se analizan las fuerzas actuantes se tiene tres casos específicos.

La cartera de rasante es la cartera final del diseño que se utiliza en campo para proceder a la localización y replanteo con los cual se puede realizar el chaflanado del proyecto y permite con esto, el cálculo del movimiento de tierras, encontrando los volúmenes de corte y volúmenes de terraplén entre cada abscisa del proyecto y el acumulado correspondiente. Este acumulado debe irse calculando cada 100 metros y cuantificando simultáneamente por kilómetro y así sucesivamente hasta la finalización con la longitud total del proyecto.

La cartera de rasante de la sección transversal comprende el cálculo de las cotas de diseño de los bordes de calzada, bordes de berma, bordes de cuneta; teniendo en cuenta los elementos constitutivos de la sección correspondiente. Para este cálculo se deben contemplar: el peralte, el sobreancho, las dimensiones y pendientes transversales de la calzada, de las bermas y la forma y dimensiones de la cuneta.

Para el cálculo de las cotas de rasante de la sección se deben aplicar las siguientes premisas:

• Cota rasante en el eje = cota rasante del diseño vertical.
• Cota rasante borde de calzada = cota rasante en el eje + ancho de carril (aplicando sobreanchosegún caso) * (pendiente transversal en tanto por uno del carril “bombeo o peralte”).
• Cota borde de berma = cota rasante borde de calzada + ancho de berma * (pendiente transversal en tanto por uno del carril “bombeo o peralte”).
• Cota fondo de cuneta = cota borde de berma + ancho de cuenta desde el borde interior hasta el fondo * pendiente de la cuneta “en tanto por uno” desde el borde interior hasta el fondo.
• Cota borde cuneta = cota fondo de cuneta + ancho de cuenta desde el fondo hasta el borde exterior * pendiente de la cuneta “en tanto por uno” desde fondo hasta el borde exterior.

Durante el proceso de chaflanado en campo, se obtiene la denominada línea de chaflanes, que cuando se representa en la planta, corresponde a los bordes que delimitan la futura explanación para el desarrollo de las obras de construcción.

Estas líneas de chaflan están unidas por las estacas de chaflan consecutivas a lado y lado de la carretera y por lo tanto representan los cortes y terraplenes que se tienen a lo largo de las abscisas del proyecto. Debe determinarse una convención correspondiente en achurado para cada uno de ellos.

Realice el cálculo de las cotas de rasante de la sección transversal para una carretera secundaria en terreno montañoso según los datos que se encuentran en el documento.

La fase inicial de la construcción de la carretera, contempla las actividades de excavación del material en corte y conformación de los rellenos, las cuales son necesarias para obtener el plano de sub-rasante diseñado y de esta manera conformar la banca. De las dos actividades en necesario establecer un cálculo aproximado de la cantidad de material a excavar o compactar, a fin de determinar: en la primera las necesidades de áreas de depósito, en la segunda la ubicación y volumen de la fuente de materiales; siempre y cuando el material de corte no sirva para realizar los rellenos, y en ambas la cantidad de transporte requerido.

Teniendo en cuenta que para dos secciones transversales consecutivas separadas una distancia “d”, a las cuales se les ha determinado su respectiva área: A1 y A2, el volumen entre las dos secciones puede ser determinado por varios procedimientos como son: la fórmula del promedio de las áreas medidas, la fórmula del área media, la fórmula prismoidal cuya deducción se asemeja a la de Simpson para áreas, esta última es un poco más exacta que las dos primeras, sin embargo implica el trabajo adicional de determinar en el terreno la sección en la mitad de las dos (A1 y A2), razón por la cual, es más común el empleo de las áreas medidas (promedio); además este método ofrece resultados aproximados, por ejemplo en terrenos con pendientes suaves el error no alcanza al 1%; en terrenos con fuertes pendientes transversales, el error puede llegar al 2% o un poco más y como ya se indicó, la determinación de los volúmenes o cantidades de movimiento de tierra es un procedimiento aproximado.

A fin de poder estudiar la compensación de los volúmenes de movimiento de tierras es necesario contar con una herramienta que permita apreciar representativamente cómo son las áreas de las secciones y los volúmenes acumulados entre las mismas. Uno de los sistemas empleados es la curva de las áreas o perfil de cantidades, el cual se elabora en la misma escala horizontal del perfil y representando con una escala vertical el área que corresponde a cada sección, los cortes se llevan hacia arriba y los terraplenes hacia abajo. Las áreas que quedan bajo la gráfica representan el verdadero valor de los volúmenes a movilizar.

El diagrama de masas conocido también como diagrama de Bruckner (alemán que lo inventó) permite determinar gráficamente la integral de la curva de las áreas facilitando de esta manera la determinación de los volúmenes acumulados y la estimación de las compensaciones. Para la ejecución de este método se debe realizar primero la cartera de la curva de masas y posteriormente el diagrama de masas.

En esta unidad se describieron cada uno de los elementos que componen la sección transversal de una vía, y se desarrollaron cada uno de los criterios para la definición de estos de acuerdo al tipo de vía o a la velocidad de diseño.

Se desarrollaron los criterios y procedimiento para el diseño del sobre ancho y el peralte de la vía, que va ligado al tipo de sección transversal que se está diseñando.

Se hizo también la descripción de la forma de consolidar el diseño de la sección transversal en la cartera de rasante que reúne todos los diseños planta – perfil y sección transversal y con ella se determinó el movimiento de tierras necesario para la construcción de la vía diseñada.