Metodología para construir

METODOLOGÍA PARA CONSTRUIR

carreteras y vías

Metodología para construir Tres fases El proceso de construcción de una vía tiene, básicamente, dos responsables: la entidad contratante, “que previo a la licitación debe contar como requisito mínimo con la información de ingeniería básica (estudios fase I o prefactibilidad, y fase II o factibilidad); y si el riesgo de imprevistos es alto, tener información de ingeniería de detalle (fase III o diseños definitivos)”, explica Juan Martín Caicedo, presidente de la Cámara Colombiana de la Infraestructura (CCI). Y el contratista que, por su parte, debe encargarse de la elaboración detallada de los estudios y diseños previos de un proyecto, pues esto determinará la construcción de presupuestos reales y reducirá los imprevistos en obra. “El grado de exactitud en la determinación del costo puede variar entre 75 y 80 % en la fase II, y hasta 90 a 95 % en la fase III”, agrega.

Dada la importancia de contar con esta información, Construdata recoge los principales elementos metodológicos del Manual de Diseño Geométrico de Carreteras –desarrollado por el INVÍAS–, que constituyen las diferentes etapas de la planeación y ejecución de carreteras primarias, secundarias y terciarias, y que deben ser tenidos en cuenta para que una obra vial responda a la demanda de transporte de forma segura, cómoda y eficiente.

Fase I Prefactibilidad En esta etapa se deben identificar uno o varios corredores de ruta posibles, realizar el prediseño de la carretera a lo largo de cada corredor y acudir a costos obtenidos en proyectos con condiciones similares para hacer una proyección económica. “El objetivo primordial es establecer si el proyecto es viable económicamente, es decir, si supera los umbrales preestablecidos para indicadores como la relación costo beneficio. Si la evaluación no es satisfactoria, el proyecto se archiva. En caso contrario, los corredores que presentaron mayor rentabilidad avanzan a la fase II”, explica Félix Caicedo, magíster en Ingeniera de Transportes de la Universidad Nacional de Colombia.

Actividades por realizar en esta fase:

1

Adquirir la cartografía existente de la zona

Obtener mapas topográficos y geológicos en escalas reducidas; fotografías aéreas a escala 1:50.000 o 1:40.000; restituciones fotogramétricas a escala 1:10.000 con curvas de nivel cada 25 m o menos, si es posible; e imágenes provenientes de Sistemas de Información Geográfica (SIG).

carreteras y vías

5

Reconocer tramos homogéneos

Para garantizar la consistencia en la velocidad, identificar a lo largo del corredor de ruta tramos homogéneos a los que, por las condiciones topográficas, se les pueda asignar una misma velocidad. Es necesario tener en cuenta que: • La longitud mínima de un tramo de carretera con una velocidad de diseño dada debe ser de 3 km para velocidades entre 20 y 50 km/h, y de 4 km para velocidades entre 60 y 110 km/h.

• La diferencia de la velocidad de diseño entre tramos adyacentes no puede ser mayor a 20 km/h.

No obstante, si existe un marcado cambio en el tipo de terreno en un sector corto del corredor de ruta, es necesario establecer un tramo con longitud menor a la especificada. La diferencia de su velocidad de diseño con la de los tramos adyacentes no puede ser mayor de 10 km/h.

Estos pasos deben aplicarse para cada uno de los corredores de ruta.

4

Efectuar reconocimientos aéreos

Para corroborar supuestos realizados a partir de la cartografía, es necesario realizar reconocimientos aéreos que permitan ratificar o descartar la viabilidad de los corredores de ruta propuestos.

6

Asignar la velocidad de diseño preliminar

Para cada uno de los tramos homogéneos identificados, establecer una velocidad de diseño preliminar conforme con los siguientes criterios:

Categoría de la carretera

Primaria de dos calzadas

3

Identificar posibles corredores de ruta

Considerar aspectos como la estabilidad geológica y geotécnica, el terreno (plano, ondulado, montañoso o escarpado), el drenaje, los cauces, las fuentes de materiales y los ecosistemas.

Primaria de una calzada

Secundaria

Terciaria

2

Realizar estudios de tránsito

Proyectar la demanda de tránsito para los próximos 20 años a partir de la fecha de entrada en operación de la carretera.

Incluir el Volumen Horario de Demanda (VHD) que determina las condiciones de servicio aceptables y las características que deben otorgarse al proyecto para evitar problemas por congestión.

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Tipo de terreno

Velocidad de diseño de un tramo homogéneo VTR (km/h) 20

30

40

50

60

70

80

90

Plano Ondulado Montañoso Escarpado Plano Ondulado Montañoso Escarpado Plano Ondulado Montañoso Escarpado Plano Ondulado Montañoso Escarpado

Trazar la línea de ceros sobre restituciones fotogramétricas a escala 1:10.000

Sin exceder la Pendiente Media máxima (PMmáx) del corredor de ruta, asociada a la velocidad de diseño preliminar y asignada a cada tramo homogéneo, dibujar la línea de ceros entre los puntos secundarios de control que marcan las fronteras entre tramos.

Recuerde que la PMmáx en un tramo homogéneo debe ser menor que la pendiente máxima permitida para una tangente vertical en dicha distancia. Así mismo, el valor de la PMmáx en ningún caso puede ser superior a 7 %.

100

110

10

Aplicar estudios de capacidad y nivel de servicio

Para cada tramo homogéneo identificado, y según la velocidad de diseño preliminar asumida, realizar el prediseño de un subtramo representativo (mínimo de 1 km de longitud).

Calcular el volumen horario que hace que la velocidad de operación sea la mínima necesaria para un Nivel de Servicio D (remítase a la teoría de capacidad de carreteras desarrollada por el Transportation Research Board -TRB-), compararlo con el VHD del año 20 y concluir si la velocidad de diseño escogida para el tramo es la adecuada.

9

Si se concluye que la velocidad de diseño preliminar es adecuada, entonces esta será la definitiva. Por el contrario, si resulta muy baja o muy alta, se debe asignar una nueva (dentro del rango indicado en la actividad 6) y reiniciar el proceso.

12 Ajustar los tramos y sus velocidades

Si el reconocimiento terrestre revela la necesidad de descartar total o parcialmente un corredor de ruta y/o cambiar las velocidades de diseño consideradas para dichos tramos, replantear el procedimiento desde la actividad 5.

8

11

Asignar la velocidad de diseño definitiva

Trazado de la línea de ceros en el terreno

Una vez definidas las fronteras entre tramos homogéneos y asignadas las velocidades de diseño, trazar la línea de ceros en el terreno con el fin de verificar si es posible conectar los puntos extremos del tramo, es decir, sus fronteras.

Realizar un reconocimiento terrestre

Para definir si la línea de ceros es factible, establecer con un altímetro la cota de los puntos secundarios de control propuestos.

Con el desarrollo de dicha línea, medido sobre las mismas restituciones, calcular la pendiente media del corredor entre puntos de control. Luego constatar, sobre la realidad del terreno, si se supera o no la máxima permitida según la velocidad de diseño asignada al tramo homogéneo.

Además, es indispensable validar la estabilidad geológica y geotécnica, el drenaje, las fuentes de materiales, los ecosistemas y otros aspectos formulados con base en la cartografía.

13

Elaborar el croquis de la línea de ceros en el terreno

Realizar el dibujo a partir de los datos topográficos levantados en el terreno utilizando instrumentos que pueden no ser de precisión como la brújula, el nivel Abney o la cinta.

16

Elaborar el informe final con todos los hallazgos

15

Realizar una evaluación económica preliminar

Utilizar el modelo de simulación HDM-4 y comparar durante un periodo de tiempo los costos de construcción y mantenimiento rutinario y periódico, con los beneficios que se obtendrían, representados en los ahorros en el costo de la operación vehicular.

14

Fijar el estudio preliminar de impacto ambiental

Seguir los lineamientos establecidos en la Guía de manejo ambiental de proyectos de infraestructura, desarrollada por el INVÍAS.

Fase II Factibilidad

$

A esta etapa avanzan solo los corredores de ruta que presentaron mayor rentabilidad en la fase I. Entre otras actividades, se deben efectuar las siguientes:

1

Realizar un reconocimiento terrestre del corredor

Hacer énfasis en la identificación de los puntos secundarios de control que son las fronteras entre los tramos homogéneos de diseño.

2

Replantear la línea de ceros en el terreno

Usar el croquis creado en la actividad 13 de la fase I.

3

Elaborar el levantamiento topográfico del corredor

Medir, calcular y dibujar para determinar la posición relativa de los puntos que conforman la extensión de tierra. Incorporar instrumentos de última tecnología como GPS para obtener resultados más detallados.

4

7

Obtener diseños y estudios preliminares complementarios

Implementar estudios iniciales sobre predios para la adquisición del ancho de zona, bancos de préstamo de material para terraplenes, y fuentes de materiales para concretos y pavimentos. Asimismo, efectuar prediseños de la solución para la estabilización de laderas, de los taludes y su protección, del plan de manejo de botaderos, del pavimento, de las intersecciones viales, y de obras especiales que se requieran, como viaductos y túneles.

Incluir, como mínimo, los siguientes rubros: adquisición de predios, movimiento de tierras (excavaciones, terraplenes y acarreos), estabilización de laderas y taludes, obras de drenaje menor, estructuras, intersecciones, pavimentos, señalización y demarcación, amueblamiento, obras de mitigación ambiental e interventoría de la construcción.

9

Realizar la evaluación económica definitiva

Aprovechando los datos más detallados, concretar si el proyecto es viable económicamente.

6

Aplicar el estudio definitivo de impacto ambiental

Si la huella ambiental no es mitigable, descartar el proyecto, al menos por el corredor de ruta en estudio. Por el contrario, si se puede reducir, continúe con las siguientes actividades.

5

10

Elaborar el informe final con todos los hallazgos

Establecer el diseño definitivo del eje en planta y los prediseños en perfil y en sección transversal

Proponer una primera alternativa para contemplar aspectos como requerimientos de estabilización de laderas, prediseño de taludes, capacidad portante y compresibilidad de los estratos que servirían como fundación de terraplenes y estructuras viales, localización de zonas de material de préstamo para

Ejecutar un estudio preliminar de la estratigrafía a lo largo del corredor

Tanto el diseño en perfil como la sección transversal están condicionados por la naturaleza de los materiales que eventualmente deban ser

8

Elaborar el presupuesto preliminar

excavados. Por esta razón, se deben utilizar métodos indirectos y de bajo costo para examinar e interpretar las rocas sedimentarias estratificadas.

terraplenes, estudios de hidrología e hidráulica de cauces, y prediseño de intersecciones con otras carreteras.

Si el diseño resultante es susceptible de mejoras en la posición del eje en planta, ejecutarlas y realizar nuevamente la actividad.

Fase III Diseños definitivos En esta etapa se elaboran los diseños detallados, tanto geométricos como de todas las estructuras y obras complementarias que se requieran.

Estas son las actividades que se deben realizar:

6

7

Hacer estudios y diseños complementarios definitivos

Calcular el cuadro de cantidades de obra e incluir el precio unitario de cada uno de los ítems involucrados en el proyecto.

No olvidar la adición por la interventoría de la construcción.

Profundizar y concretar los estudios y diseños de la actividad 7 de la fase II.

1

Elaborar el presupuesto definitivo

Mejorar la topografía

De considerarse necesario, optimizar la precisión del levantamiento topográfico logrado en la fase II. Para ello, puede procederse de dos formas: • Densificar la nube de puntos en el ancho de zona radiando desde las bases de topografía existentes a lo largo del corredor. Las coordenadas de los puntos adicionales se incorporan al modelo digital, con lo que se obtiene mayor exactitud en la topografía.

• Localizar el eje de la carretera radiando desde las bases de topografía existentes a lo largo del corredor y utilizando las carteras elaboradas durante la fase II del proyecto.

2

Realizar una evaluación geotécnica a lo largo de la carretera

Definir con exactitud el perfil estratigráfico y las características de los materiales. Ejecutar sondeos y toma de muestras para ensayos de laboratorio.

3

5

Analizar los movimientos de tierras

Determinar los volúmenes de excavación a lo largo del eje (discriminándolos en roca y material común), de terraplén, de excavación en bancos de préstamo para terraplenes, y la programación de los acarreos utilizando el Diagrama de Curva– Masa u otra herramienta equivalente.

4

Ejecutar el diseño definitivo del eje en perfil y de las secciones transversales

8

Elaborar la documentación final

Es necesario asegurarse de que contenga los planos planta-perfil de la carretera (incluidas sus intersecciones), planos con el diseño de las secciones transversales cada 10 m y en abscisas especiales (TE, EC, CE, ET, obras viales), carteras de campo y oficina, estudios y diseños complementarios definitivos, y los pliegos de licitación para la construcción.

Elaborar estudios previos al diseño del eje en perfil y de la sección transversal

Precisar parámetros como inclinación máxima de los taludes en función de su altura; localización de botaderos y de bancos de préstamo de materiales aptos para la construcción de terraplenes; cota mínima de rasante en los emplazamientos de las obras de cruce de cauces como puentes y pontones; espaciamiento máximo entre alcantarillas; diseño de las cunetas, y espesor del pavimento.

Para profundizar las tres fases de la planeación y ejecución de carreteras, es necesario consultar el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVÍAS.