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• Aldo Paitanmala

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MODELAMIENTO GEOMÉTRICO DE UNA CARRETERA Y UN TÚNEL EN TERRENO DE TOPOGRAFÍA ACCIDENTADA  Ampuero Inga, Jean Pierre J. e-mail: [email protected]  Cerna Obregon, Alex. e-mail: [email protected]  Tarazona Martel, Alex. e-mail: [email protected]  Ponce de León Arévalo Eduardo. e-mail: [email protected] Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Civil

RESUMEN El Diseño geométrico de carreteras es la técnica de ingeniería civil que consiste en situar el trazado de una carretera o calle en el terreno. Es una labor muy importante, dentro de la Ingeniería Civil y el objetivo de este trabajo escalonado es mostrar su representación gráfica y la simulación para su modelamiento, para ello nos basaremos en las curvas de nivel proporcionadas y con la ayuda del programa AutoCAD representaremos las diferentes secciones transversales del túnel y carretera, perfil longitudinal, plano de planta y una vista tridimensional. Además los condicionantes para situar una carretera sobre la superficie son muchos, entre ellos la topografía del terreno, la geología, el medio ambiente, la hidrología o factores sociales y urbanísticos.

2. PRESENTACIÓN DEL PROBLEMA Se les entregó a los alumnos del curso de Dibujo de Ingeniería II un archivo .pdf con las instrucciones a seguir para realizar el trabajo, así como un archivo .jpg donde se encontraban graficadas las curvas de nivel. Las cuales representaban a un terreno por donde se tenía que hacer pasar una carretera. Y se nos pidió dibujar una vista en planta, una vista tridimensional, el perfil longitudinal y las secciones transversales de un tramo de carretera que va de A a D.

1. INTRODUCCIÓN El siguiente proyecto a realizar, busca aplicar los conocimientos adquiridos durante el curso y plasmarlos en una situación real como es el modelamiento geométrico de una carretera y un túnel.El diseño geométrico es la parte más importan te del proyecto de una carretera, en este trabajo escalonado se profundizara en los conceptos geométricos apoyándonos en el AutoCAD para así lograr la configuración geométrica de una carretera y del túnel por donde esta circulara, teniendo en consideración el tipo de topografía del terreno. Para ello podremos utilizar todos los conocimientos adquiridos en el curso de dibujo de ingeniería II, pues con la información de geometría brindada y el uso del AutoCAD podremos hacer varias vistas que nos permitirán estudiar el modelamiento con un mejor detalle. Por último la idea del trabajo es poder solucionar todos los inconvenientes de diseño apoyándonos solamente de los conceptos mencionados y de nuestro conocimiento del software AutoCAD y con ello poder satisfacer al máximo los objetivos fundamentales, funcionalidad, seguridad, comodidad, la integración ambiental en su entorno, la armonía o estética, la economía y la elasticidad.

El cual consta de dos tramos rectos y un tramo curvo que va de B a C. Las coordenadas de A y D eran distintos para cada grupo, pero de I era el mismo, y dependían de algunas características tales como: cuantas letras tenía el apellido del representante de grupo, o con que letra empezaba el nombre del representante, entre otros.

Se ha proyectado construir un túnel que cruce el cerro, cuya sección transversal es un arco de circunferencia que tiene una altura de 10 m y su superficie tiene un ancho horizontal constante de 10 m. El talud de terreno de corte será de 1:1 y el del terreno del relleno será de 2:3

3. DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN Para la descripción de la solución se mostrarán los pasos a seguir para realizar debidamente el trabajo escalonado. 3.1.- Digitalización y clasificación de las curvas maestras y las curvas normales mediante el comando polilínea y trasladar cada curva a su respectiva cota.

3.2.-Se ubican los puntos Bh y Ch y la proyección horizontal del eje de la carretera, y a continuación, debido a que toda la carretera tiene pendiente constante, se debe “aplanar” el eje, de manera que, como sabemos la cota de A y D, solo se traza una línea recta. El problema surge debido a que el tramo curvo no se puede convertir en una línea recta con los comandos de AutoCAD, para lo cual nuestra opción fue seccionar el tramo curvo en 24 partes y unir dichos puntos de manera que las cuerdas se asemejasen a la curva. Y colocar a cada punto del eje su respectiva cota.

3.3.-Se colocan las progresivas cada 20 m en los tramos rectos y cada 10 m en el tramo curvo.

3.4.-Decidimos interpolar de una vez para que las secciones transversales salgan mas exactas. Para eso trazamos rectas de máxima pendiente de una curva superior hacia la inferior, dichas rectas las dividimos en tres partes y con el comando spline unimos las divisiones que tengan la misma cota. Y repetir el mismo procedimiento para las demas curvas.

3.6.- Un perfil longitudinal es un perfil topográfico a lo largo del eje de la planta, y por tanto, es la intersección de la superficie topográfica con el plano vertical que contiene al eje de la planta.se utiliza para proyectar el alzado de la carretera. Se puede obtener a partir de la cartografía base (que tendrá curvas de nivel), pero lo más preciso es obtenerlo después de realizar el replanteo del eje de la carretera. A la vez que se replantean los puntos secuenciales se toman sus cotas. El perfil del terreno se representa en unos ejes que son desarrollos desde el origen y en el eje Y las cotas, con esto obtenemos la forma altimetría el terreno a lo largo de la línea de nivelación. Para nuestro caso, lo primero que se hizo fue crear las progresivas en la proyección horizontal del eje longitudinal de la carretera, para lo cual nos guiamos que cada 20 metros se coloca una estaca en un trazo recto y 10 metros en un trazo curvo. En el AutoCAD se utilizó para ello se utilizó el comando Divide, que nos generaba los espacios divididos. Ya una vez realizado eso, se procedió a llevar el eje longitudinal, las curvas de nivel a la vista en planta. Cartesianos: en el eje X, las distancias reducidas, Luego se necesitaba calcular las cotas de cada estaca, para ello utilizamos un método práctico y sencillo que es la interpolación de las curvas de nivel, con el objetivo de que al levantar la perpendicular de cada estaca este intersecte a la curva de nivel, y ese punto de intersección vendría a ser la cota de cada estaca puesta.

3.5.-Para obtener las secciones transversales primero dividimos los tramos de la p.h. del eje en tres partes los tramos rectos y en cuatro partes el tramo curvo, y levantar planos perpendiculares al plano horizontal y a la p.h. del eje.

Ya una vez obtenida las cotas de las estacas con la interpolación de las curvas procedemos a graficar las distancias y las cotas, para ello utilizamos el comando Polyline, que nos da la facilidad de que es una secuencia conectada de segmentos de línea creados como un solo objeto.

Por ultimo realizamos la construcción de la guitarra en donde especificamos las distancias acumuladas, las cotas de las estacas, los puntos de cada trazo tanto recto como curvo y las progresivas.

3.7.- Para realizar el procedo de la obtención de las secciones transversales se procedió a ubicar en las progresivas los cuales se levantaran plano de 150 de base y 300 de altura después se proyecta sobre esta las curvas de nivel sobre el terreno sin antes haber cambiado el ucs al plano que definimos análogamente se procedió a realizar aquellos cortes dos en las secciones rectas y tres en las secciones curvas finalmente se lleva al plano 2D con el comando alig y finalmente el recuadro donde se ubicara las cotas cada 30 metros. 3.8.- Generación del túnel: 

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Lo primero que se hizo fue dibujar la sección transversal del túnel, en el eje de la vía. Después para encontrar la salida del túnel se usó el comando ESTRUDE. La sección transversal hecha en el paso 1 lo copiamos y alineamos en cada punto de las progresivas en el eje de la vía. Para después trazar las generatrices del túnel con los puntos divididos. Para continuar con la generación del túnel y la intersección con la superficie del cerro, se crean mallas entre dos curvas de nivel. Continuando con el paso anterior, se divide las mallas en pequeños recuadros, apoyándonos en el comando EXPLODE. para luego con las curvas de división del túnel, hallar la intersección con las mallas. Finalmente, con el comando SPLINE trazamos una curva uniendo todos los puntos hallados.

3.9.- Intersección del terreno con taludes de corte y relleno: 

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Primero intersectar la carretera con el terreno, para así encontrar las transiciones terraplén-desmonte, desmonte-terraplén y terraplén-carretera. En la parte recta de la carretera graficar conos cuyas generatrices tengan pendiente 2:3.

3.10.- Generación de los sólidos: Para la generación de solidos primero se procedió a realizar sobre las curvas de nivel, la respectiva triangulación para ello primero se procedió descargar el CivilCad luego instalarlo y craquearlo para añadir esta extensión y hacerla operativa, después se procederá con la triangulación para ello damos clic en CivilCad luego en altimetría y finalmente triangulación del terreno ahí pondremos la opción de curvas, luego seleccionamos las curvas y nos generara los 3d fase, luego de ello procedemos a convertir estas entidades a regiones con el comando región, después una vez hecho este paso procedemos a realizar la extrusión con el comando extrude, pero seleccionamos la opción orientación para que nos salga una extrusión en vesical, luego para ya transformarlo en solido seleccionamos todo y le damos en el comando unión obteniendo así un sólido, para la ver los cortes y rellenos primero se tiene forma el sólido del túnel que será el cilindro, luego se forma el prisma para el caso del corte uno hacia arriba para el corte y otro debajo para el ello , después formamos sus respectivos sólidos, para hallar los cortes seleccionamos el sólido general del terreno y con el comando intersect hallamos los sólidos de corte, para el de relleno seleccionamos el prismas y le quitamos el sólido del terreno con el comando subtract así finalmente nos quedara un sólido de corte y relleno, finalmente para hallar el volumen le damos en el comando volumen hallamos los volúmenes de corte y relleno.

3.11.- generación de videos y recorrido virtual: Para realizar el recorrido virtual y elaboración del terreno procedemos primero a marcar cuáles serán los recorridos de la cámara para el guiado del video para ello se diseñó el circulo y luego con polilínea el segundo recorrido, luego vamos al icono view luego en el comando view manament Motion patch animation nos aparecerá un cuadro de dialogo después nos pedirá que seleccionemos cual será el recorrido de la carama el nombre del recorrido también no pedirá el punto en donde se enfocará la cámara. También definimos ese punto que en nuestro caso fue al centro de carretera, para ver si nuestra edición esta de manera correcta se realiza un preview el cual nos mostrara el recorrido que tendrá nuestro video y los cuadros por segundo y la duración del video, al final solo le damos ok y la edición del video estará lista y se creara el video en

el formato que queramos elegir para nuestro caso fue el .avi culminando así el recorrido virtual.

objetivos del diseño que se describieron en la introducción del trabajo. Ante todo, esto se logró superar cada inconveniente del diseño como la vista tridimensional el perfil longitudinal y las secciones transversales con el uso adecuado de las herramientas que nos brinda el AutoCAD y los conceptos geométricos que manejamos como alumnos de Ing. Civil. Si bien se han tenido inconvenientes en la elección de algunos comandos al realizar los distintos trazados necesarios cada parte del diseño, en conjunto hemos logrado decidir por el más adecuado en esta elección hemos podido ampliar nuestro conocimiento de la Geometría Descriptiva. A continuación se expone algunos puntos de vista y conclusiones que nos dejó el presente trabajo escalonado: -

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El programa AutoCAD, es una herramienta bastante útil para realizar el modelamiento geométrico de una carretera tanto como de un túnel, y todo lo necesario que requiere ello, como los desmontes y terraplenes. Representar gráficamente en un plano las secciones de la carretera y túnel permite conocer características detalladas en cada tramo del modelamiento. Representar gráficamente en un plano el perfil longitudinal, nos permite visualizar como se presenta el terreno en el recorrido del túnel y carretera. Representar gráficamente en un plano la vista en planta, permite tener una idea global acerca del recorrido que sigue tanto el túnel como la carretera. Representar gráficamente en un plano la vista tridimensional, permite hacerse una idea concreta de cómo se visualizará el túnel y la carretera en la realidad.

6. REFERENCIAS [1] DESKREP, C.L.

Geometría Descriptiva, 12 edición Ediciones biblioteca universitaria, 2011 Psje. E. Camino Brent 564 - San Borja-Lima Perú [2] MIRANDA C, Alejandro

4. RESULTADOS

Geometría Descriptiva, 3ra Edición, 1992, Lima-Perú

Los resultados se ilustran en las imágenes y planos presentados en los anexos.

[3] VIDAL B, Víctor

5. CONCLUSIONES

[4] MANUAL DE DISEÑO CARRETERAS DG-2013

A lo largo de este artículo se ha expuesto cómo se concibe el diseño geométrico de una carretera que pasa por un túnel y cuál es el planteamiento y procedimiento que conlleva, teniendo en cuenta todos los factores propios del territorio por donde trazar la carretera y los criterios del diseño, intentando satisfacer al máximo los diferentes

Geometría Descriptiva (4ta Edición) – Mar 19, 2018 GEOMETRICO

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MODELAMIENTO GEOMÉTRICO DE UNA CARRETERA Y UN TÚNEL EN TERRENO DE TOPOGRAFÍA ACCIDENTADA  Ampuero Inga, Jean Pierre J. e-mail: [email protected]  Cerna Obregon, Alex. e-mail: [email protected]  Tarazona Martel, Alex. e-mail: [email protected]  Ponce de León Arévalo Eduardo. e-mail: [email protected] Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Civil