FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS EMPLEANDO SOFTWARE CIVIL-3D PARA OPTIMIZACIÓN DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR DE LA RUTA PU-804 DEL DISTRITO DE SAMAN, PROVINCIA DE AZÁNGARO DEL CORREDOR VIAL N°39 DE RED VIAL VECINAL EMPALME PE 34H-PUNO Línea de investigación: Seguridad vial e infraestructura de transporte Tesis para optar el Título Profesional de Ingeniero Civil Autor: Torres Huarcaya, Billy Joe Asesor: Aybar Arriola, Gustavo Adolfo (ORCID: 0000-0001-8625-3989) Jurado: Ramos Flores, Miguel Ángel Torres Matos, Amparo Paulina Jaramillo Tarazona, Francisco Lima - Perú 2022 Referencia: Torres, B. (2022). Diseño geométrico de carreteras empleando software Civil-3D para optimización de transitabilidad vehicular de la ruta PU-804 del distrito de Samán, provincia de Azángaro del corredor vial N°39 de red vial vecinal empalme PE 34h-Puno. [Tesis de pregrado, Universidad Nacional Federico Villarreal]. Repositorio Institucional UNFV. https://hdl.handle.net/20.500.13084/6029 Reconocimiento - No comercial - Sin obra derivada (CC BY-NC-ND) El autor sólo permite que se pueda descargar esta obra y compartirla con otras personas, siempre que se reconozca su autoría, pero no se puede generar obras derivadas ni se puede utilizar comercialmente. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Universidad Nacional VICERRECTORADO Federico Villarreal DE INVESTIGACIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS EMPLEANDO SOFTWARE CIVIL-3D PARA OPTIMIZACIÓN DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR DE LA RUTA PU-804 DEL DISTRITO DE SAMAN, PROVINCIA DE AZÁNGARO DEL CORREDOR VIAL N°39 DE RED VIAL VECINAL EMPALME PE 34H-PUNO Línea de Investigación: Seguridad Vial e Infraestructura de Transporte Tesis para Optar el Título Profesional de Ingeniero Civil Autor: Torres Huarcaya, Billy Joe Asesor: Aybar Arriola, Gustavo Adolfo (ORCID: 0000-0001-8625-3989) Jurado: Ramos Flores, Miguel Ángel Torres Matos, Amparo Paulina Jaramillo Tarazona, Francisco Lima – Perú 2022 2 Dedicatoria Dedico esta tesis a mi padre Claudio, que falleció hace más de 1 año y quien me enseñó a luchar hasta el final y no rendirme, gracias por ser ese soporte. A mi madre Zoila por su apoyo incondicional, sus sabios consejos y por su inmenso amor. A mis hermanos que siempre creyeron en mí y nunca dudaron de mi capacidad, a mis amistades que siempre me dieron las fuerzas para seguir adelante. 3 Agradecimiento A mis padres Zoila Huarcaya y Claudio Torres, por su amor incondicional y por todo el apoyo brindado, este logro se lo debo a ustedes. A mis hermanos Zoila y Claudio por estar pendientes de mi y no dudar de mis capacidades. A mi querida Alma Máter, la Universidad Nacional Federico Villarreal, por todo el conocimiento que me transmitió en sus aulas. A mis amigos, por los buenos momentos compartidos y las experiencias maravillosas. Y a mi querido Django, gracias por ser parte de mi vida y por tu especial compañía. A la vida por existir 4 Índice general Dedicatoria .......................................................................................................................... 2 Agradecimiento ................................................................................................................... 3 Resumen ............................................................................................................................ 15 Abstract ............................................................................................................................. 16 I. Introducción ................................................................................................................... 17 1.1 Descripción y formulación del problema .............................................................18 1.1.1. Problemas Generales ................................................................................... 19 1.1.2. Problemas Específicos ................................................................................. 19 1.2 Antecedentes ........................................................................................................19 1.2.1. En el ámbito internacional ........................................................................... 19 1.2.2. En el ámbito nacional .................................................................................. 21 1.3. Objetivos ...........................................................................................................22 1.3.1. Objetivo general ........................................................................................... 22 1.3.2. Objetivos específicos .................................................................................... 22 1.4. Justificación ......................................................................................................23 1.5. Hipótesis ...........................................................................................................23 5 1.5.1. Hipótesis General ......................................................................................... 23 1.5.2. Hipótesis Específicos.................................................................................... 24 II. Marco teórico ............................................................................................................... 25 2.1 Bases teóricas ...........................................................................................................25 2.2 Diseño Geométrico de Carreteras ............................................................................25 2.3 Clasificación de la carretera .....................................................................................25 2.3.1. Clasificación de acuerdo a la demanda:...................................................... 26 2.3.2. Clasificación por condiciones orográficas: ................................................. 27 2.4 Vehículo de Diseño ..................................................................................................28 2.5 Velocidad de Diseño ................................................................................................29 2.6 Distancia de Visibilidad ...........................................................................................30 2.7 Diseño Geométrico en planta o Alineamiento Horizontal .......................................34 2.7.1 Tangentes ...................................................................................................... 34 2.7.2 Radios Mínimos ............................................................................................. 35 2.7.3 Sobreancho .................................................................................................... 36 2.8 Diseño Geométrico en Perfil o Alineamiento vertical .............................................37 2.8.1 Pendientes ..................................................................................................... 37 6 2.8.2 Curvas Verticales .......................................................................................... 38 2.9 Sección transversal...................................................................................................39 2.9.1 Calzada o superficie de rodadura ................................................................. 40 2.9.2 Berma ............................................................................................................ 41 2.9.3 Bombeo .......................................................................................................... 42 2.9.4 Peralte ........................................................................................................... 43 2.9.5 Taludes .......................................................................................................... 43 III. Método ........................................................................................................................ 45 3.1 Tipo de investigación ...............................................................................................45 3.2 Ámbito temporal y espacial .....................................................................................45 3.3 Variables ..................................................................................................................45 3.4 Población y muestra .................................................................................................46 3.5. Instrumentos ............................................................................................................47 3.6. Procedimientos ........................................................................................................48 3.6.1 Procedimiento de recolección de datos ........................................................ 48 3.6.2 Procesamiento de datos. ............................................................................... 48 3.6.3 Resultados de los Procesamientos. ............................................................... 49 7 3.6.4 Guía Del Diseño Geométrico (PU-804)........................................................ 51 3.7 Análisis de datos ......................................................................................................53 3.7.1 Ubicación de la zona en estudio ...................................................................... 53 3.7.2 Área de influencia ............................................................................................ 55 3.7.3 Estado actual de la vía ..................................................................................... 57 3.7.4 Descripción de la ruta ................................................................................... 59 IV. Resultados ................................................................................................................... 61 4.1 Parámetros Obtenidos del Diseño Geométrico ........................................................61 4.2 Superficie .................................................................................................................62 4.3 Clasificación de la Carretera ....................................................................................63 4.3.1 Por su Orografía ........................................................................................... 63 4.3.2 Por su Demanda ............................................................................................ 64 4.3.3 Clasificación vial........................................................................................... 66 4.4 Vehículo de Diseño ..................................................................................................66 4.5 Velocidad de Diseño ................................................................................................67 4.6 Diseño Geométrico en Planta o Alineamiento Horizontal .......................................67 4.6.1 Sobreancho .................................................................................................... 69 8 4.6.2 Peraltes.......................................................................................................... 70 4.7 Diseño Geométrico en Perfil o Alineamiento Vertical ............................................72 4.7.1 Pendientes ..................................................................................................... 73 4.7.2 Curvas Verticales .......................................................................................... 73 4.8 Creación de Obra lineal (Subensamblajes) ..............................................................74 4.8.1. Calzada o superficie de rodadura ................................................................ 75 4.8.2. Bombeo ......................................................................................................... 75 4.8.3. Taludes ......................................................................................................... 75 4.8.4. Berma ........................................................................................................... 76 4.9 Creación del Corredor (Carretera) ...........................................................................77 4.10 Secciones Transversales .........................................................................................78 4.11 Cálculo de movimientos de tierra ..........................................................................79 V. Discusión de resultados ................................................................................................ 81 VI. Conclusiones ............................................................................................................... 84 VII. Recomendaciones ...................................................................................................... 85 VIII. Referencias ............................................................................................................... 86 IX. Anexos ........................................................................................................................ 90 9 Índice de figuras Figura 1 Giro minimo para omnibus de dos ejes (B2) trayectoria 30° ...............................................29 Figura 2 Distancia de visibilidad de adelantamiento .........................................................................33 Figura 3 Distancia de visibilidad de paso .........................................................................................33 Figura 4 Sección Transversal típica en tangente ...............................................................................39 Figura 5 Sección Transversal típica a media ladera vía de dos carriles en curva ................................39 Figura 6 Diagrama de procedimiento de diseño geométrico ..............................................................49 Figura 7 Flujo de trabajo de Diseño Geométrico en Civil 3D y Manual de Carreteras DG-2018 .........51 Figura 8 Mapa de ubicación del Corredor Vial N°39 ........................................................................54 Figura 9 Inicio de la ruta PU-804 ....................................................................................................59 Figura 10 Zona intermedia de la ruta PU-804 ..................................................................................60 Figura 11 Final de la ruta PU-804 ..................................................................................................60 Figura 12 Superficie de la carretera en Agisoft.................................................................................62 Figura 13 Superficie de la carretera en civil 3D ...............................................................................62 Figura 14 Pendiente Transversal .....................................................................................................63 10 Figura 15 Trafico Proyectado .........................................................................................................65 Figura 16 Alineamiento horizontal en la ortofoto con cuadro de radio y tangentes .............................68 Figura 17 Ortofoto y trazo de toda la ruta Pu-804 ............................................................................68 Figura 18 Creación de sobreanchos mínimo 1.0 según DG-2018 .......................................................69 Figura 19 Cuadro de peraltes en Civil 3D ........................................................................................70 Figura 20 Diagrama de Peraltes .....................................................................................................70 Figura 21 Gráfico de Peraltes en la carretera ..................................................................................71 Figura 22 Rasante con su cuadro de parámetro de diseño según DG -2018 ........................................72 Figura 23 Bandas del perfil longitudinal ..........................................................................................72 Figura 24 Pendientes menores a 10% ..............................................................................................73 Figura 25 Curvas Cóncavas y Convexas ..........................................................................................74 Figura 26 Parámetros y creación de obra lineal ...............................................................................74 Figura 27 Parámetros de Diseño .....................................................................................................77 Figura 28 Propiedades del corredor ................................................................................................78 Figura 29 Secciones Transversales ..................................................................................................79 Figura 30 Áreas de corte y relleno ...................................................................................................80 Figura 31 Tabla de movimiento de Tierras .......................................................................................80 11 Figura 32 Foto 01 ..........................................................................................................................95 Figura 33 Foto 02 ..........................................................................................................................95 Figura 34 Foto 03 ..........................................................................................................................95 Figura 35 Foto 04 ..........................................................................................................................96 Figura 36 Foto 05 ..........................................................................................................................96 Figura 37 Foto 06 ..........................................................................................................................97 Figura 38 Plano N°01 de planta y perfil longitudinal ........................................................................99 Figura 39 Plano N°02 de planta y perfil longitudinal ........................................................................99 Figura 40 Plano N°03 de planta y perfil longitudinal ......................................................................101 Figura 41 Plano N°04 de planta y perfil longitudinal ......................................................................102 Figura 42 Plano N°05 de planta y perfil longitudinal ......................................................................102 Figura 43 Plano N°06 de planta y perfil longitudinal ......................................................................103 Figura 44 Plano N°07 de planta y perfil longitudinal ......................................................................104 Figura 45 Plano N°08 de planta y perfil longitudinal ......................................................................105 Figura 46 Plano N°09 de planta y perfil longitudinal ......................................................................106 Figura 47 Plano N° 01 de secciones transversales ..........................................................................107 Figura 48 Plano N° 02 de secciones transversales ..........................................................................108 12 Figura 49 Plano N° 03 de secciones transversales ..........................................................................110 Figura 50 Plano N° 04 de secciones transversales ..........................................................................111 Figura 51 Plano N° 05 de secciones transversales ..........................................................................111 Figura 52 Plano N° 06 de secciones transversales ..........................................................................112 Figura 53 Ficha de recoleccion de datos 01 ...................................................................................115 Figura 54 Ficha de recoleccion de datos 02 ...................................................................................115 Figura 55 Ficha de recoleccion de datos 03 ...................................................................................116 Figura 56 Ficha de recoleccion de datos 04 ...................................................................................117 Figura 57 Ficha de recolección de datos 05 ...................................................................................119 13 Índice de tablas Tabla 1 Tipos de vehículos ..............................................................................................................29 Tabla 2 Cuadro de velocidad de diseño ............................................................................................30 Tabla 3 Distancia de Visibilidad de parada en metros(m), pendiente % ..............................................31 Tabla 4 Distancia de visibilidad de parada con pendiente (m) ...........................................................31 Tabla 5 Longitud minima de tangentes .............................................................................................35 Tabla 6 Radios mínimos y peraltes máximos .....................................................................................36 Tabla 7 Pendientes máximas ...........................................................................................................38 Tabla 8 Anchos de calzada ..............................................................................................................41 Tabla 9 Anchos de berma ................................................................................................................42 Tabla 10 Cuadro de bombeo de la vía por tramos .............................................................................43 Tabla 11 Taludes referenciales en zonas de corte .............................................................................44 Tabla 12 Taludes referenciales en zonas de relleno (terraplenes) ......................................................44 Tabla 13 Principales rutas que forman parte del Corredor Vial N°39 ................................................46 Tabla 14 Localidades del área de influencia .....................................................................................55 Tabla 15 Estado situacional de la via ...............................................................................................58 14 Tabla 16 Parámetros de Diseño.......................................................................................................61 Tabla 17 Resumen de características geométricas existentes .............................................................63 Tabla 18 Crecimiento Poblacional ...................................................................................................64 Tabla 19 IMDA actual y proyectado ................................................................................................65 Tabla 20 Clasificacion Vial por Demanda ........................................................................................66 Tabla 21 Cuadro de velocidades de la vía por tramos .......................................................................67 Tabla 22 Cuadro de sobreancho de la vía por tramos .......................................................................69 Tabla 23 Valores de peralte máximo ................................................................................................70 Tabla 24 Cuadro de bombeo de la vía por tramos .............................................................................75 Tabla 25 Taludes recomendados ......................................................................................................76 Tabla 26 Cuadro comparativo .........................................................................................................82 Tabla 27 Resultados del Diseño Geometrico.....................................................................................83 15 Resumen La tesis planteó como objetivo un diseño geométrico de carreteras empleando software Civil-3D para la optimización de la transitabilidad vehicular de la ruta PU-804 del distrito de Samán, provincia de Azángaro del corredor vial N°39 de la red vial vecinal empalme PE 34h-Puno. Para la ejecución de la investigación, se utilizó un enfoque cuantitativo de tipo aplicada, además el diseño es no experimental de corte transversal. Para la realización del Diseño Geométrico se siguieron los parámetros del Manual de Diseño de Carreteras (DG-2018) y de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). Los resultados obtenidos permitieron determinar el alineamiento horizontal, alineamiento vertical, secciones transversales y volúmenes de corte y relleno de dicha carretera. Para el diseño de las curvas horizontales y verticales se utilizó el software Civil 3D, el cual permitió plasmar los parámetros de la DG-2018. El diseño geométrico y una adecuada evaluación social y económica sirvieron para determinar la viabilidad del proyecto, en la cual se sustentó que un diseño geométrico eficiente permitió apreciar de mejor manera la distancia de visibilidad, pendientes máximas y mínimas de las carreteras altoandinas, además de mostrar las construcciones existentes, y evaluar las diferentes alternativas de solución para el control de interferencias. Todas las especificaciones mencionadas con anterioridad tuvieron por finalidad llevar un mejoramiento de la transitabilidad vehicular en el distrito de Samán provincia de Azángaro en el departamento de Puno. Palabras clave: diseño geométrico de carretera, transitabilidad vehicular, volúmenes de corte y relleno, alineamiento horizontal y vertical, pendientes máximas y mínimas, distancia de visibilidad. 16 Abstract The objective of the thesis was a geometric design of roads using Civil-3D-2022 software for the optimization of the vehicular trafficability of the PU-804 route in the district of Samán, province of Azángaro of the road corridor N°39 of the neighborhood road network PE 34h-Puno junction. For the execution of the research, a quantitative approach of applied type was used, also the design is non-experimental of transversal cut. For the Geometric Design, the parameters of the Highway Design Manual (DG-2018) and the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) were followed. The results obtained allowed us to determine the Horizontal alignment, Vertical alignment, cross sections and cut and fill volumes of said road. For the design of the horizontal and vertical curves we used Civil 3D software that allowed us to capture the parameters of the DG-2018. The geometric design and an adequate social and economic evaluation served to determine the feasibility of the project, in which it is sustained that an efficient geometric design allowed to better appreciate the visibility distance, maximum and minimum slopes of the high Andean roads, in addition to showing the existing constructions, and to evaluate the different alternatives of solution for the control of interferences. All the specifications mentioned above were aimed at improving vehicular trafficability in the district of Samán, province of Azángaro in the department of Puno. Keywords: geometric design of roads, vehicular trafficability, cut and fill volumes, horizontal and vertical aligments, maximum and minimum slopes, visibility distance, high Andean roads. 17 I. Introducción La presente tesis surgió con el propósito de optimizar la transitabilidad vehicular de la ruta PU-804 del corredor vial N°39 de la red vial vecinal empalme PE-34H del departamento de Puno. Según el Ministerio de Economía y Finanzas (MEF), la brecha en infraestructura en sectores estratégicos como Transportes, Vivienda, Educación, Salud y Agricultura alcanza, al menos US$ 69 mil millones de dólares americanos. Esto equivale al 35% del PBI. La brecha de infraestructura en ese sector (ferrocarriles, carreteras, aeropuertos y puertos) asciende a US$ 57,499 millones para el período 2016-2025. En esta investigación se determinó, mediante un diseño Geométrico de carretera, una propuesta de dinamismo económico disminuyendo los costos de transporte, costos de construcción y generación de empleos. Es así que ajustándola a nuestra normativa se consideraron parámetros de diseño a fin de viabilizar una nueva propuesta de carretera para la región Puno. Para ello se realizó un eficiente estudio geométrico de la carretera en mención determinando el alineamiento horizontal, el alineamiento vertical, los elementos de la sección trasversal, el bombeo, etc. Todo ello con la finalidad de integrar de la mejor manera posible la carretera en el terreno en estudio. Dentro de las políticas del Ministerio de Transporte y Comunicaciones, bajo cargo de una de sus unidades ejecutoras, siendo una de ellas Provias Descentralizado, tuvo a su cargo la realización de los expedientes técnicos que correspondían al corredor vial N° 39, bajo este contexto el tema elegido para la presente tesis surgió de la necesidad de realizar el mejoramiento de la carretera de la ruta PU-804 del distrito de Samán, provincia de Azángaro departamento de Puno, 18 para optimizar la comunicación de los diversos pueblos que existen en esta región del Perú incrementando el desarrollo económico y social. Todo este diseño se llevó a cabo cumpliendo la normativa y las indicaciones expuestas en el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras establecido por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC). Dentro de los logros más importantes alcanzados en la presente tesis podemos mencionar que, realizando un correcto estudio geométrico de la ruta PU-804, se pudo optimizar la transitabilidad vehicular de la carretera, permitiendo así un intercambio social, económico, y ambiental, que ayudará generando empleo a la población de Samán. También se pudo verificar a detalle si los parámetros propuestos por la DG-2018 fue óptimo para zonas altoandinas. 1.1 Descripción y formulación del problema Durante años en el Perú, se realizaron muchos proyectos de diseño geométrico sin seguir parámetros estipulados en las normas del Manual de Carreteras emitidas por el Ministerio de Transporte y Comunicaciones, cuyas consecuencias fueron los incumplimientos de los lineamientos de diseño y carreteras mal diseñadas, originando problemas para los conductores, pobladores y usuarios de la ruta PU-804 del corredor Vial N°39, afectando principalmente la seguridad vial de los proyectos, esto genera también accidentes de tránsito, retrasos en los tiempos de viaje, pendientes longitudinales desproporcionadas, y trazos que generen interferencias con las poblaciones aledañas de la ruta PU-804. Esta tesis buscó la solución a las preguntas que se generan con esta problemática, las cuales son: 19 1.1.1. Problemas Generales  ¿Cómo se realizará el diseño geométrico empleando el software Civil 3D para la optimización de la transitabilidad vehicular de la ruta PU-804 en el corredor N°39 de la red vial vecinal empalme PE 34H del departamento de Puno? 1.1.2. Problemas Específicos  ¿Cómo incide el civil 3D para la generación de secciones transversales y el control de volúmenes de corte y relleno?  ¿Cómo se podrá reducir la cantidad de curvas de los alineamientos horizontales y verticales para tener mejor distancia de visibilidad?  ¿Cómo influye un Diseño Geométrico para la optimización de las pendientes longitudinales que muestra el perfil longitudinal de la carretera? 1.2 Antecedentes 1.2.1. En el ámbito internacional Como bien sostiene López (2013), el diseño geométrico de una carretera a partir del Software AutoCAD Civil 3D 2012 se obtiene a partir de varios elementos que lo combinan, para levantar un modelo que cumpla exactamente con el diseño de la carretera, partiendo desde el levantamiento topográfico, pasando luego por la creación de curvas horizontales y verticales, definiendo las pendientes máximas y mínimas para obtener las secciones transversales donde se pueda realizar el cálculo de volúmenes de corte y relleno. La tesis de Cruz (2014), tiene por conclusión que los programas desarrollados fuera de Colombia se basan en la normatividad del país de origen, para ello se establecieron parámetros de diseño a la norma colombiana (INVIAS) 20 que permitieron adecuar el Civil 3D a la elaboración de los alineamientos horizontales y verticales, así como la creación y visualización de la Obra lineal (Assembly) y el control del cálculo de movimiento de tierra (Volumen de Corte y Relleno), con el fin de elaborar un manual de los módulos del Civil 3D que permita extraer reportes de diseño y un manual de utilización del civil 3D para el diseño geométrico. De igual manera, con el fin de optimizar transitabilidad vehicular, Freire (2020) en su investigación señala que para poder plantear una propuesta geométrica existen ciertas metodologías y normas a tomar en cuenta, con las diferentes variaciones y consideraciones para un estudio de prefactibilidad y que una vez verificado que los valores de diseño satisfacen a la norma podemos cuantificar los volúmenes de corte y relleno para obtener un presupuesto referencial que es importante para aprobar o desaprobar la prefactibilidad, Espinoza (2015), señala que es necesario que el proyecto geométrico cumpla con todas las normas establecidas del país y cuente con las normativas de la SCT (Secretaría de Comunicaciones y Transportes), donde se propuso la clasificación del camino, velocidad, trazo de diseño, perfiles, secciones transversales y movimiento de tierras. Por otro lado, Aleman et al. (2015), concluyó que se deben generar alineamientos horizontales y verticales tomando en consideración aspectos de diseño internacionales de confort, visibilidad, seguridad y sostenibilidad, con esto, obtener una tabla resumen de movimiento terraceros de corte y relleno a realizar con el diseño geométrico propuesto para generar un conjunto de especificaciones técnicas resumidas en plano. Por último, se deduce que se tiene que analizar y elaborar cálculos automatizados en los diseños geométricos que se van a apoyar en el Civil 3D como lo mencionaron López y Castellano (2018) en su revista de investigación de aplicación del software Civil 3D. 21 1.2.2. En el ámbito nacional Como bien sostiene Delzo (2018), el trazo proyectado para la vía Nuevas Flores – Tingo Chico es la mejor alternativa entre otras dos que se evaluaron previamente. La elección se sujeta a la idea de justificar su necesidad de realizar el diseño de la vía, además se planteó elaborar el alineamiento horizontal y vertical con las normas vigentes DG-2014 y de organismos internacionales, reduciendo los costos de movimiento de tierra a partir de la contabilización de los volúmenes de corte y relleno, asimismo, según Román y Saldaña (2018), indican que gracias a los criterios y parámetros de diseño geométrico para trochas carrozables identificados en normas tanto nacionales como internacionales, se pudo obtener parámetros tanto para sección transversal y el material adecuado para la superficie de rodadura, de acuerdo al análisis realizado se ve reflejado la optimización de costos para construcción y mantenimiento. De esta manera llevamos adelante el razonamiento similar en la tesis de Meléndez (2019), donde concluye que, del levantamiento topográfico, se obtiene que la orografía de la zona estudiada es accidentada, por lo que el diseño conlleva a tener curvas horizontales y verticales muy pronunciadas, estos serán procesados y graficados en el Civil 3D. Es así como Reyes (2018), establece que para la realización de un diseño de carreteras de caminos vecinales se utilizó el software Civil 3D, porque ofrece soluciones de diseño, control de volúmenes, planos de producción y maquetación, es decir, toda la ingeniería que requiere la carretera a diseñar, soportando un flujo de trabajo que se encuentra bajo el enfoque BIM ayudando a todos los profesionales que intervienen en estos proyectos. De manera similar, Cayco (2020) realizó la evaluación de un diseño de carretera de tercera clase con 2 de los softwares más utilizados como el AutoCAD Civil 3D y el Instram BIM, en donde llegó a la conclusión de que el software Instram BIM es más efectivo en la realización del diseño por su efectividad en la realización de curvas horizontales y verticales, diseño de obras viales, perfiles longitudinales y 22 creación de secciones transversales, pero el Civil 3D tiene mayor interoperabilidad con otros softwares y obtiene los mismos resultados que el Instram BIM, pero demanda un mayor tiempo de realización, de la misma forma, sostienen Gálvez y Gálvez (2020) en su investigación, que el software Civil 3D facilita la realización de un diseño dinámico por lo que cualquier modificación en el alineamiento, perfil y/o secciones transversales permiten una actualización inmediata y automática de los datos de modificación en el diseño, ajustándose a los requerimientos que pueda tener el proyecto, asimismo, el Civil 3D nos permite presentar los planos más ordenados, lo cual facilita la identificación de cada elemento del proyecto. 1.3.Objetivos 1.3.1. Objetivo general  Proponer un diseño geométrico empleando el software Civil 3D para la mejora de las condiciones de transitabilidad vehicular de la ruta PU-804 del distrito de Samán, provincia de Azángaro del corredor vial N°39 de la red vial vecinal empalme PE 34H- Puno. 1.3.2. Objetivos específicos  Aplicar el Civil 3D para la generación de secciones transversales y el control de volúmenes de corte y relleno de la ruta PU-804 del distrito de Samán, provincia de Azángaro del corredor vial N°39 de la red vial vecinal empalme PE 34H-Puno.  Aminorar la cantidad de curvas de los alineamientos horizontales y verticales para poder obtener una mejor distancia de visibilidad de la ruta PU-804 del distrito de Samán, 23 provincia de Azángaro del corredor Vial N°39 de la red vial vecinal empalme PE 34H- Puno.  Mejorar el diseño geométrico del alineamiento vertical para optimizar las pendientes longitudinales que se muestra en el perfil longitudinal de la ruta PU-804 del distrito de Samán, provincia de Azángaro del corredor Vial N°39 de la red vial vecinal empalme PE 34H-Puno. 1.4. Justificación Aportar conocimiento a los profesionales de la rama de infraestructura vial sobre el Diseño Geométrico de Carreteras utilizando todos los parámetros de diseño propuestos por el Manual de Carreteras DG-2018, para la optimización y mejoramiento de la transitabilidad vehicular de la ruta PU-804, donde se dio a conocer algunas utilidades del civil 3D con respecto al control de volumen de corte y relleno, reducción de curvas horizontales y verticales para la mejora de la distancia de visibilidad y la reducción de las pendientes longitudinales, que permitirá un mejor y correcto uso de parámetros para las carreteras altoandinas, también se podrá observar los beneficios que traerá a la población, tales como: reducción de tiempo de viaje, seguridad vial, reducción de costos. 1.5.Hipótesis 1.5.1. Hipótesis General  El Diseño Geométrico empleando el software Civil 3D sirve para determinar los componentes de una carretera y las condiciones de transitabilidad vehicular de la ruta PU- 804 del distrito de Samán, provincia de Azángaro del corredor vial N°39 de red vial vecinal empalme PE 34h-Puno. 24 1.5.2. Hipótesis Específicos  La aplicación del Civil 3D influye para la generación de Secciones transversales y el control de movimiento de tierra (volumen de corte y relleno) de la ruta PU-804 del distrito de Samán, provincia de Azángaro del corredor vial N°39 de red vial vecinal empalme PE 34H-Puno.  La aplicación del civil 3D permite aminorar la cantidad de curvas horizontales y verticales para obtener una mejor distancia de visibilidad de la de la ruta PU-804 del distrito de Samán, provincia de Azángaro del corredor vial N°39 de red vial vecinal empalme PE 34H-Puno.  La mejora del Diseño Geométrico en los alineamientos Verticales permite optimizar las pendientes longitudinales que se muestra en el perfil longitudinal de la ruta PU-804 del distrito de Samán, provincia de Azángaro del corredor vial N°39 de red vial vecinal empalme PE 34H-Puno. 25 II. Marco teórico 2.1 Bases teóricas Elementos básicos del diseño geométrico a tomar en cuenta para la carretera. 2.2 Diseño Geométrico de Carreteras El diseño geométrico de carreteras es una técnica de la ingeniería civil, que consiste en situar el trazado de una carretera sobre la proyección del terreno. Las condicionantes para situar una carretera sobre el terreno son: el levantamiento topográfico, la geología, factores ambientales y/o factores sociales y urbanísticos. Es el proceso de relacionar todos los elementos físicos de la vía con el terreno natural y las condiciones de operación de los vehículos (Reyes, 2018) Como es de conocimiento en la ingeniería de caminos, el diseño geométrico se puede definir como la proyección horizontal del eje del camino sobre un plano. Consta de diversos elementos entre los cuales se encuentran las tangentes horizontales, las curvas circulares o simples y las curvas de transición o espiral, también se tiene en cuenta los peraltes en cada parte del tramo que le corresponda. 2.3 Clasificación de la carretera Uno de los factores determinantes en el diseño de carreteras es, sin duda, la clasificación que obtienen de acuerdo al máximo volumen vehicular que puedan contener en un periodo de tiempo en una sección de la carretera, es decir, la cantidad máxima de vehículos que pasan por una sección de la carretera, en un periodo de tiempo, determinan indicadores que permiten clasificarla. (Delzo, 2018, p.12) 26 2.3.1. Clasificación de acuerdo a la demanda: A. Autopistas de primera clase. Son carreteras con IMDA (Índice Medio Diario Anual) mayor a 6 000 veh/día, de calzadas divididas por medio de un separador central mínimo de 6.00 m; cada una de las calzadas debe contar con dos o más carriles de 3.60 m de ancho como mínimo, con control total de accesos (ingresos y salidas) que proporcionan flujos vehiculares continuos, sin cruces o pasos a nivel y con puentes peatonales en zonas urbanas. La superficie de rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada. (Ministerio de Transporte y comunicaciones, [MTC], 2018, p.12). B. Autopistas de segunda clase. Son carreteras con un IMDA entre 6 000 y 4 001 veh/día. Para este tipo de autopistas, las calzadas están divididas por medio de un separador central que puede variar de 6.00 m hasta 1.00 m, en cuyo caso se instalará un sistema de contención vehicular; cada una de las calzadas debe contar con dos o más carriles de 3.60 m de ancho como mínimo, con control parcial de accesos (ingresos y salidas) que proporcionen flujos vehiculares continuos; pueden tener cruces o pasos vehiculares a nivel y puentes peatonales en zonas urbanas. La superficie de rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada. (MTC, 2018, p.12). C. Carreteras de primera clase. Son carreteras con un IMDA entre 4 000 y 2 001 veh/día, con una calzada de dos carriles de 3.60 m de ancho como mínimo. Puede tener cruces o pasos vehiculares a nivel y en zonas urbanas es recomendable que se cuente con puentes peatonales, o en su defecto, con dispositivos de seguridad vial que permitan velocidades de operación con mayor seguridad. (MTC, 2018, p.12). D. Carreteras de segunda clase. Son carreteras con IMDA entre 2 000 y 400 veh/día, con una calzada de dos carriles de 3.30 m de ancho como mínimo. Puede tener cruces o pasos vehiculares a nivel y en zonas urbanas es recomendable que se cuente con puentes peatonales o en 27 su defecto con dispositivos de seguridad vial, que permitan velocidades de operación, con mayor seguridad. (MTC, 2018, p.12). E. Carreteras de tercera clase. Son carreteras con IMDA menores a 400 veh/día, con calzada de dos carriles de 3.00 m de ancho como mínimo. De manera excepcional estas vías podrán tener carriles hasta de 2.50 m, contando con el sustento técnico correspondiente. Estas carreteras pueden funcionar con soluciones denominadas básicas o económicas, consistentes en la aplicación de estabilizadores de suelos, emulsiones asfálticas y/o micro pavimentos; o en afirmado, en la superficie de rodadura. En caso de ser pavimentadas, deberán cumplir con las condiciones geométricas estipuladas para las carreteras de segunda clase. (MTC, 2018, p.12). F. Trochas carrozables. Son vías transitables, que no alcanzan las características geométricas de una carretera, que por lo general tienen un IMDA menor a 200 veh/día. Sus calzadas deben tener un ancho mínimo de 4.00 m, en cuyo caso se construirá ensanches denominados plazoletas de cruce, por lo menos cada 500 m. La superficie de rodadura puede ser afirmada o sin afirmar. (MTC, 2018, p.13). 2.3.2. Clasificación por condiciones orográficas: A. Terreno plano (Tipo 1). Tiene pendientes transversales al eje de la vía, menores o iguales al 10% y sus pendientes longitudinales son por lo general menores de tres por ciento (3%), demandando un mínimo de movimiento de tierras, por lo que no presenta mayores dificultades en su trazo. (MTC, 2018, p.14). B. Terreno ondulado (Tipo 2). Tiene pendientes transversales al eje de la vía entre 11% y 50% y sus pendientes longitudinales se encuentran entre 3% y 6%, demandando un moderado movimiento de tierras, lo que permite alineamientos rectos, alternados con curvas de radios amplios, sin mayores dificultades en el trazo. (MTC, 2018, p.14). 28 C. Terreno accidentado (Tipo 3). Tiene pendientes transversales al eje de la vía entre 51% y 100% y sus pendientes longitudinales predominantes se encuentran entre 6% y 8%, por lo que requiere importantes movimientos de tierras, razón por la cual presenta dificultades en el trazo. (MTC, 2018, p.14). D. Terreno escarpado (Tipo 4). Tiene pendientes transversales al eje de la vía superiores al 100% y sus pendientes longitudinales excepcionales son superiores al 8%, exigiendo el máximo de movimiento de tierras, razón por la cual presenta grandes dificultades en su trazo. (MTC, 2018, p.14). 2.4 Vehículo de Diseño Las características físicas de los vehículos que transitan o que transitarán por la carretera a diseñar, así como sus dimensiones, serán parámetros influyentes en la construcción geométrica de los diversos elementos de la carretera. Las características de los vehículos inciden de cierta forma en el diseño de curvas, sobreanchos, curvas de transición, pendientes longitudinales de la rasante, etc. (Delzo, 2018, p.14). Vehículos de pasajeros  Jeep (VL) Auto (VL)  Bus (B2, B3, B4 y BA)  Camión (C2)  Vehículos de carga  Pick – up (Equivalente a Remolque Simple T2S1)  Camión C2  Camión C3 y C2CR 29  T3S2 Tabla 1 Tipos de vehículos Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.27), por MTC, 2018, Datos básicos de los vehículos, utilizados para el dimensionamiento de carreteras Según Reglamento Nacional de Vehículos. Figura 1 Giro mínimo para ómnibus de dos ejes (B2) trayectoria 30° Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.36), por MTC, 2018, radio y giro mínimo para ómnibus de 2 ejes. 2.5 Velocidad de Diseño De acuerdo con Meléndez (2019), la velocidad de diseño es la máxima velocidad que se podrá mantener segura y con comodidad, en una sección de la carretera y en que las circunstancias sean favorables para el diseño. 30 En la asignación de la Velocidad de Diseño, se otorga la máxima prioridad a todo lo que compete a la seguridad vial. En conclusión, la velocidad de diseño a lo largo del tramo, debe ser tal, que no se noten los grandes y frecuentes cambios de velocidad a lo largo del recorrido. Tabla 2 Cuadro de velocidad de diseño Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.97), por MTC, 2018, Rangos de la Velocidad de Diseño en función a la clasificación de la carretera por demanda y orografía. 2.6 Distancia de Visibilidad Es la longitud continua hacia adelante de la carretera, que es visible al conductor del vehículo para poder ejecutar con seguridad las diversas maniobras a las que se vea obligado o que decida efectuar. En los proyectos se consideran tres distancias de visibilidad:  Visibilidad de parada.  Visibilidad de paso o adelantamiento. 31  Visibilidad de cruce con otra vía. Las dos primeras influencian el diseño de la carretera en campo abierto y serán tratadas en esta sección considerando alineamiento recto y rasante de pendiente uniforme. Los casos con condicionamiento asociados a singularidades de planta o perfil se tratarán en las secciones correspondientes. (MTC, 2018, p.103). 2.6.1. Distancia de visibilidad de parada: Es la distancia mínima requerida para que se detenga un vehículo que viaja a la velocidad de diseño, antes de que alcance un objeto inmóvil que se encuentre en su trayectoria. Se considera obstáculo a aquel que tenga una altura igual o mayor a 0.15 m, estando situados los ojos del conductor a 1.15 m, sobre la rasante del eje de su pista de circulación. (BWC&C, 2010, p.10) Tabla 3 Distancia de Visibilidad de parada en metros(m), pendiente % Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.104), por MTC, 2018, Distancia de visibilidad de parada con pendientes en (%). 32 Tabla 4 Distancia de visibilidad de parada con pendiente (m). Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.105), por MTC, 2018, Distancia de visibilidad de parada con pendiente en (m). 2.6.2. Distancia de Visibilidad de adelantamiento Es la mínima distancia que debe estar disponible, a fin de facultar al conductor del vehículo a sobrepasar a otro que viaja a una velocidad menor, con comodidad y seguridad, sin causar alteración en la velocidad de un tercer vehículo que viaja en sentido contrario y que se hace visible cuando se ha iniciado la maniobra de sobrepaso. Dichas condiciones de comodidad y seguridad, se dan cuando la diferencia de velocidad entre los vehículos que se desplazan en el mismo sentido es de 15 km/h y el vehículo que viaja en sentido contrario transita a la velocidad de diseño. La distancia de visibilidad de adelantamiento debe considerarse únicamente para las carreteras de dos carriles con tránsito en las dos direcciones, dónde el adelantamiento se realiza en el carril del sentido opuesto. (MTC, 2018, pp.106-107). 33 Figura 2 Distancia de visibilidad de adelantamiento. Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.107), por MTC, 2018, adelantamiento de vehículos. Figura 3 Distancia de visibilidad de paso Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.111), por MTC, 2018, paso de vehículos. 34 2.6.3. Distancia de visibilidad de cruce La presencia de intersecciones a nivel, hace que potencialmente se puedan presentar una diversidad de conflictos entre los vehículos que circulan por una y otra vía. La posibilidad de que estos conflictos ocurran, puede ser reducida mediante la provisión apropiada de distancias de visibilidad de cruce y de dispositivos de control acordes. El conductor de un vehículo que se aproxima por la vía principal a una intersección a nivel, debe tener visibilidad, libre de obstrucciones, de la intersección y de un tramo de la vía secundaria de suficiente longitud que le permita reaccionar y efectuar las maniobras necesarias para evitar una colisión. (MTC, 2018, p.111) 2.7 Diseño Geométrico en planta o Alineamiento Horizontal En lo referente al diseño geométrico en planta y la importancia de su aplicación en la carretera: El diseño geométrico en planta o alineamiento horizontal, está constituido por alineamientos rectos, curvas circulares y de grado de curvatura variable, que permiten una transición suave al pasar de alineamientos rectos a curvas circulares o viceversa o también entre dos curvas circulares de curvatura diferente. El alineamiento horizontal deberá permitir la operación ininterrumpida de los vehículos, tratando de conservar la misma velocidad de diseño en la mayor longitud de carretera que sea posible. (MTC, 2018, p.125) 2.7.1 Tangentes Las longitudes mínimas admisibles y máximas deseables de los tramos en tangente, en función a la velocidad de diseño, serán las indicadas en la Tabla 5. 35 Tabla 5 Longitud minima de tangentes. Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.127), por MTC, 2018, Longitudes de tramos en tangente. 2.7.2 Radios Mínimos Según el MTC (2018), cuando se requiera que el enlace de los alineamientos rectos se haga por medio de curvas, se utilizarán curvas circulares simples o compuestas (en su mayoría serán simples, a excepción en curvas S). 𝑹𝒎𝒊𝒏 = 𝟏𝟐𝟕(𝟎. 𝟎𝟏𝑷𝒎𝑽𝟐𝒂𝒙 + 𝒇𝒎𝒂𝒙) Dónde:  Rmin : Radio mínimo absoluto (m).  V : Velocidad directriz en Km/h.  Pmax : Peralte máximo asociado a V (en tanto por uno).  fmax : Coeficiente de fricción lateral asociado a V. El resultado de la aplicación de la indicada formula se aprecia en la Tabla 6. 36 Tabla 6 Radios mínimos y peraltes máximos. Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.127), por MTC, 2018, Radios mínimos y peraltes máximos para diseño de carreteras. 2.7.3 Sobreancho Según el MTC (2018), el sobreancho es el ancho adicional en los tramos de curva, el cual permite adicionar un mayor espacio requerido para los vehículos, debido a que existe una dificultad de mantener los vehículos dentro del carril al momento del giro en los tramos curvos. 37 2.8 Diseño Geométrico en Perfil o Alineamiento vertical Para Cruz (2019), el alineamiento vertical es la proyección vertical sobre un plano donde se desarrolla el eje de la subcorona y de la corona. El eje de la subcorona vendría a ser llamado como subrasante, mientras que el eje de la corona vendría a ser llamado rasante. Este alineamiento se ubica en el perfil longitudinal de la carretera y se pueden apreciar las subidas y bajadas de las pendientes, además hace visibles los detalles como los cortes, rellenos y curvas convexas y cóncavas. 2.8.1 Pendientes A. Pendientes Mínimas. Es conveniente proveer una pendiente mínima del orden de 0.5%, a fin de asegurar en todo punto de la calzada un drenaje de las aguas superficiales. Se pueden presentar los siguientes casos particulares:  Si la calzada posee un bombeo de 2% y no existen bermas y/o cunetas, se podrá adoptar excepcionalmente sectores con pendientes de hasta 0.2%.  Si el bombeo es de 2.5% excepcionalmente podrá adoptarse pendientes iguales acero.  Si existen bermas, la pendiente mínima deseable será de 0.5% y la mínima excepcional de 0.35%.  En zonas de transición de peralte, en que la pendiente transversal se anula, la pendiente mínima deberá ser de 0.5% (MTC, 2018, p. 170). B. Pendientes Máximas. Es conveniente considerar las pendientes máximas que están indicadas en la Tabla 303.01, no obstante, se pueden presentar los siguientes casos particulares:  En zonas de altitud superior a los 3.000 msnm, los valores máximos de la Tabla 303.01, se reducirán en 1% para terrenos accidentados o escarpados. 38  En autopistas, las pendientes de bajada podrán superar hasta en un 2% los máximos establecidos en la Tabla 303.01. (MTC, 2018, p. 170). Tabla 7 Pendientes maximas(%) Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.171), por MTC, 2018, Consideraciones de diseño para pendientes máximas. 2.8.2 Curvas Verticales Para Reyes (2018), las curvas verticales son efectuadas para cambios graduales entre pendientes rectas y se dividen en 2 tipos de curvas verticales: cóncavas y convexas. Las curvas verticales son simples en su aplicación, permitiendo al conductor ver el camino por delante, mejorar el control del vehículo y adecuar los drenajes longitudinales. 39 2.9 Sección transversal Un diseño de la sección transversal, consiste en la descripción y visualización de todos los elementos que conforman la carretera, en un plano de corte vertical que se adecua al alineamiento horizontal, lo cual permite definir las dimensiones por cada punto de la carretera e interactúa con el terreno natural. Los elementos que conforman la sección transversal de la carretera son: carriles, calzada o superficie de rodadura, bermas, cunetas, taludes y elementos complementarios, que se encuentran dentro del derecho de vía del proyecto. Cuando el tránsito de bicicletas sea importante, deberá evaluarse la inclusión de carriles especiales para ciclistas (ciclovías), separados tanto del tránsito vehicular como de los peatones. (MTC, 2018, p. 183). Figura 4 Sección Transversal típica en tangente. Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.203), por MTC, 2018, Sección típica en tangente a media ladera. 40 Figura 5 Sección Transversal típica a media ladera vía de dos carriles en curva. Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.203), por MTC, 2018, Sección típica en curva a media ladera. 2.9.1 Calzada o superficie de rodadura De acuerdo con el MTC (2018), las carreteras están destinadas a la circulación de vehículos, y pueden estar compuestas por uno o más carriles, sin incluir la berma. La calzada se divide en carriles, cuya finalidad es la circulación de los vehículos en un mismo sentido. El número de carriles de cada calzada se fijará de acuerdo con las consideraciones y composiciones del tráfico a estudiar, acorde al IMDA de diseño, así como del nivel de servicio deseado. 41 Tabla 8 Anchos de calzada Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.191), por MTC, 2018, Ancho de calzada en tangente. 2.9.2 Berma En referencia a los parámetros que se disponen para un correcto diseño, el MTC (2018) señala: Es una franja longitudinal, paralela y adyacente a la calzada o superficie de rodadura de la carretera, que sirve de confinamiento de la capa de rodadura y se utiliza como zona de seguridad para estacionamiento de vehículos en caso de emergencias. Cualquiera sea la superficie de acabado de la berma, en general debe mantener el mismo nivel e inclinación (bombeo o peralte) de la superficie de rodadura o calzada, y acorde a la evaluación técnica y económica del proyecto, está constituida por materiales similares a la capa de rodadura de la calzada. (p.192) 42 Tabla 9 Anchos de bermas Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.193), por MTC, 2018, Ancho de bermas para diseño de carreteras. 2.9.3 Bombeo En referencia a los parámetros que se disponen para un correcto diseño, el MTC (2018) señala: En tramos en tangente o en curvas en contraperalte, las calzadas deben tener una inclinación transversal mínima denominada bombeo, con la finalidad de evacuar las aguas superficiales. El bombeo depende del tipo de superficie de rodadura y de los niveles de precipitación de la zona. La Tabla 304.03 especifica los valores de bombeo de la calzada. En los casos dónde indica rangos, el proyectista definirá el bombeo, teniendo en cuenta el tipo de superficies. (p.195). 43 Tabla 10 Cuadro de bombeo de la vía por tramos Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.195), por MTC, 2018, Valores de Bombeo de calzada. 2.9.4 Peralte Los peraltes se definen como: ¨Inclinación transversal de la carretera en los tramos de curva, destinada a contrarrestarla fuerza centrífuga del vehículo¨ (MTC, 2018, p.196). 2.9.5 Taludes Los taludes se definen como: ¨La inclinación de diseño dada al terreno lateral de la carretera, tanto en zonas de corte como en terraplenes. Dicha inclinación es la tangente del ángulo formado por el plano de la superficie del terreno y la línea teórica horizontal¨. (MTC, 2018, p.202). 44 Tabla 11 Taludes referenciales en zonas de corte. Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.204), por MTC, 2018, Valores referenciales de taludes en corte (H: V) Tabla 12 Taludes referenciales en zonas de relleno (terraplenes). Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.208), por MTC, 2018, Valores referenciales en zonas de relleno (Terraplenes) 45 III. Método 3.1 Tipo de investigación Tiene un enfoque cuantitativo porque hay una medición numérica de las variables, además es una investigación aplicada, ya que se resolvieron problemas de diseño siguiendo procedimientos del Manual de carreteras DG – 2018 para optimizar la transitabilidad vehicular. Asimismo, es del tipo explicativa porque identifica y resuelve la causa del problema, tiene diseño no experimental porque no se manipularon las variables. Es de tipo transversal porque las muestras son estudiadas en un momento determinado y es no probabilística ya que dependerá de las características que presenten los distintos estudios para el diseño. 3.2 Ámbito temporal y espacial El Diseño Geométrico de la presente investigación pertenece al Corredor Vial N°39 de la red vecinal Empalme PE-34H, que se ubica exactamente en el distrito de Samán, perteneciente a la provincia de Azángaro, en el departamento de Puno. La ruta PU-804 tiene una longitud de 17,845.29 m, además, la zona donde se encuentra esta ruta presenta diversos procesos geomorfológicos, y se encuentra una mayoritaria apreciación de material suelto sobre roca fija. 3.3 Variables • Variable independiente Diseño Geométrico empleando el software Civil 3D • Variable dependiente Mejoramiento y Transitabilidad vehicular. 46 3.4 Población y muestra 3.4.1. Población Para la presente investigación, el universo poblacional estaría conformado por el corredor vial N°39 del departamento de Puno que busca la optimización de la transitabilidad vehicular de todas las rutas que lo conforman, como se observa en la Tabla 13. También se puede tomar como población el estudio de tráfico IMDA que se realizó en todas las rutas del corredor vial N°39. Además, este estudio servirá para los futuros planes de diseño geométrico de preinversión en la zona y en el país, para poder caracterizar las secciones de vías vecinales, ya que el Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC), mediante Provias Descentralizado, manifiesta que el 80% de la red vecinal se presenta como trocha y necesita mejoramientos. Tabla 13 Principales rutas que forman parte del Corredor Vial N°39. Nota. Elaboración Propia 47 3.4.2. Muestra Fue una muestra no probabilística, porque dependió de las características que presentaron los distintos estudios que se realizaron para el diseño. Se tomó como muestra el trazo de la carretera (alineamiento horizontal) porque es ahí donde se evaluó la ruta que tuvo la carretera a diseñar, también se tomaron los alineamientos verticales que nos permitieron observar los diferentes cambios de pendientes longitudinales que ocurren en la ruta PU-804, adicionalmente, se tomaron como muestras las ortofotos, que son producto del procesamiento con Drone, porque ahí se comprobó la ubicación y exactitud del trazo del diseño geométricoo. 3.5. Instrumentos  Revisión de documentos en línea: A través de una nube de información en línea (Internet) se revisan las normas, manuales, libros, tesis, etc., respecto al tema de diseño geométrico de carreteras.  Observación fotográfica: Esta técnica ha permitido recolectar información vista en campo y tener como pruebas cada fotografía de estas.  Ensayos de laboratorio de suelos: Análisis granulométrico por tamizado; límites de Atterberg, ensayos de plataforma y perfiles estratigráficos.  Una PC o laptop con la suficiente capacidad para desarrollar el software Civil 3D sin problemas.  Manual DG-2018: Los parámetros de Diseño Geométrico se realizarán y regirán bajo el Manual.  GPS Diferencial: Se necesitan estos GPS para obtener las coordenadas Este y Norte de los Puntos de control colocados a lo largo de la vía. 48  Drone Phantom Pro 4: Se necesitará este equipo para poder realizar el levantamiento topográfico y la obtención de las Ortofotos.  Software Civil 3D-2022: Se necesitará contar con el software Civil 3D - 2022 habilitado para realizar el Diseño Geométrico en él. 3.6. Procedimientos 3.6.1 Procedimiento de recolección de datos A. Reconocimiento de campo. Se realizó una visita a campo, donde se visualizó la zona donde se realizaron los trabajos de recolección de datos, previo al diseño geométrico. B. Estudio de campo. Se realizó la evaluación geotécnica de la zona en estudio, para saber el estado del terreno. Posteriormente se procedió con el levantamiento topográfico con el Drone Phantom Pro4. 3.6.2 Procesamiento de datos. A. Estudio de gabinete. Se realizó el estudio de la orografía para determinar el tipo de terreno, y se realizó el estudio de tráfico vehicular para determinar el IMDA, la unión de estos dos estudios permite determinar la velocidad de diseño, con esto se procesó la información para obtener las condiciones de diseño geométrico de carreteras para el posterior procesamiento en el Civil 3D. B. Ejecución del Diseño. Una vez obtenida la velocidad de diseño, se procede a realizar los alineamientos horizontales y verticales, ya que con esta se obtienen valores que se indican en la DG-2018 y se utilizan en los respectivos alineamientos. 49 C. Elaboración del Corredor Vial. Una vez que se tuvieron los alineamientos y perfiles, se procedió a la creación del corredor vial que fue la representación gráfica de los parámetros que se establecieron en la carretera a diseñar. D. Verificación de los parámetros. Al término de los procedimientos mencionados con anterioridad, se procedió a crear las secciones transversales, y es aquí donde se observó todo el diseño, las secciones mostraron si los parámetros de diseño geométrico utilizados fueron correctos, caso contrario, nos hubiera mostrado alguna incompatibilidad. 3.6.3 Resultados de los Procesamientos. Luego del procesamiento de datos se obtuvieron como resultados:  Trazo de la carretera (Alineamiento Horizontal)  Alineamiento Vertical  Creación de Obra lineal  Creación del Corredor de la carretera  Secciones Transversales  Cálculo de volúmenes de corte y relleno  Planos 50 Figura 6 Diagrama de procedimiento de Diseño Geométrico. Inicio Reconocimiento de campo Evaluación geotécnica de la zona en estudio Drone (Phantom Pro4) A través de Levantamiento topográfico A través de Elaboración del diselo geométrico mediante el Civil 3D Manual de Carreteras DG-2018 Cálculo de volúmenes de corte y relleno No Exposición de propuesta de diseño geométrico ¿Diseño geométrico Sí Generación de planos: planta, perfil y secciones transversales Discusión de resultados Cumplimiento del Manual de Cumplimiento de Conclusiones Carreteras DG-2018 biblografía Nota. Elaboración Propia 51 3.6.4 Guía Del Diseño Geométrico (PU-804) El resumen de las características técnicas de la carretera en estudio se muestra en el siguiente cuadro. Figura 7 Flujo de trabajo de Diseño Geométrico en Civil 3D y Manual de Carreteras DG-2018 Inicio Levantamiento topográfico Procesamiento de la información Manual de Carreteras DG-2018 Clasificación de las carreteras (por Sección 101: Clasificación por demanada demanda y por orografía) Sección 102: Clasificación por orografía Manual de Carreteras DG-2018 Determinación del vehículo de diseño Sección 202: Vehículo de diseño Determinación de la velocidad de Manual de Carreteras DG-2018 diseño Sección 204: Velocidad de diseño Determinación de la distancia de Manual de Carreteras DG-2018 visibilidad Sección 205: Distancia de visibilidad 52 Georreferenciación Manual de Carreteras DG-2018 WGS-84 (19S) Sección 206.06.01 Geodesia y topografía Sobreancho Manual de Carreteras DG-2018 Elaboración del alineamiento Sección 302: Diseño geométrico en horizontal planta Peraltes Pendientes longitudinales Manual de Carreteras DG-2018 Elaboración del alineamiento vertical Sección 303: Diseño geométrico en perfil Rasante y subrasante Bombeo C Ancho de calzada I Carpeta Asfáltica Elaboración de subassembly (sección V típica)Base I Sub Base L Taludes Generación del corredor 3 D Manual de Carreteras DG-2018 Generación de las secciones transversales Sección 304: Diseño geométrico de la sección transversal Cálculo automatizado de los Manual de Carreteras DG-2018 volúmenes de corte, relleno y Anexo 1, Capítulo 3: Metrados materiales Generación de planos de planta, perfil Manual de Carreteras DG-2018 y secciones transversales Anexo 1, Capítulo 13: Planos Reporte de movimiento de tierras y Manual de Carreteras DG-2018 Excel materiales Anexo 1, Capítulo 3: Metrados Nota. Elaboración Propia 53 3.7 Análisis de datos 3.7.1 Ubicación de la zona en estudio A. Ubicación Política:  Departamento: Puno  Provincia: Azángaro.  Región Geográfica: Sierra  Zona UTM: 19S B. Ubicación en Mapa Vial Según la clasificación de rutas del Sistema Nacional de Carreteras (SINAC); la carretera comprende de Redes Viales Departamentales y Vecinales. 54 Figura 8 Mapa de ubicación del Corredor Vial N°39 Nota. Elaboración Propia. 55 La vía en estudio se encuentra ubicada en la sierra sur del Perú, Zona 19 Sur, en el departamento de Puno. Como se mencionó, la región a la que pertenece la vía es la Región Puno, cruzando la provincia de Azángaro, Lampa, Puno y San Román; y abarcando los siguientes distritos: Lampa, Nicasio, Cabanilla, Arapa, Samán, Caminaca, San Miguel, Caracoto, Juliaca y Huata. 3.7.2 Área de influencia Las localidades del área de influencia directa de la carretera están de acuerdo a los siguientes ejes propuestos: Tabla 14 Localidades del área de influencia DEPARTAMENTO PROVINCIA RUTA POBLACION PROGRESIVA Natividad CCACCACHI 1+580 ISLAOCO(ISLAPLATA) 2+690 JURINTIA ACCOPATA 3+580 KEO CHUPA 4+320 LIMACUCHO 4+620 PICHACANE CUCHO 5+760 LORI PUNCO 6+700 YANQUIHUASA I 8+820 SAN LAMPA CACHI 9+210 PUNO PU-910 ROMAN CANCHI HUAÑINGORA 10+810 YANQUIHUASA - 12+960 CARAGACHE LORIPUNCO - 15+040 CARAGACHE CURICANCHI - 15+760 CARAGACHE CARAGACHI 16+280 TUTUHUACAS II 18+420 CRUZCHUPA 18+480 JIRGACHI 1+200 SAN PUNO PU-915 ROMAN AMANTANI 2+340 TUTUHUACAS I 2+930 DESVIO SAMAN PUNO AZANGARO PU-804 (ACCARAPISCO) 0+000 56 SAMAN 1+160 CANCOLLAMACHA 3+340 ACCARAPISCO 7+560 CHEJACHI LETERO 11+610 PESQUERIA 16+810 CHOQUENCHACA 3+220 QUELLO QUELLO 7+470 CARITANI 18+860 MURUHUANCA 19+600 LAGUNA COLORADA 22+000 LAMPA 22+560 LIPICACHI 26+310 JUAN VELASCO ALVARADO 26+360 ORCCO HUAYTA 32+360 VILLAFLORIDA 36+400 TOTORANI 37+030 SAN ROMAN JATUN OCCO 38+220 PUNO PU-123 CORISUYO 42+560 JASANA POCSELLIN 43+400 SACASCO MIRAFLORES 44+010 COTONI 46+400 RUMICANCHA 47+040 PUTISLANE 47+320 PUTISLAKA 47+460 SANTO TOMAS 47+920 YLLAKULLANI 49+440 CABANILLA 52+000 ILLPAMAYO 53+440 LAMPA CABANILLAS 54+800 CERCAPAMPA 0+180 CHUJÑACOTO 2+280 QUIVILLACA 3+600 SAN PUNO PU-949 TINQUE MOCCO 5+320 ROMAN COLLANA II 10+080 ACCOPATA COLLANA II 11+160 CARACOTO 15+606 PU-120 PAMPA CHULLUNA 3+260 CHULUNE 3+620 OCKOMPATA 7+820 SAN PUNO PAMPA DE SUCHIS 10+570 ROMAN SUCHIS 12+160 57 Nota. Elaboración Propia 3.7.3 Estado actual de la vía La carretera actual, luego de ser evaluada considerando el diseño geométrico y los anchos de superficie de calzada; tiene tramos en buen estado y en regular a mal estado a nivel de Grava o Terreno Natural; presenta pendientes poco pronunciadas en algunos sectores, por ello la finalidad del estudio es realizar el diseño que se adecue más a la superficie del terreno y que sea más optima respetando la geometría actual de la carretera. Hay muy poco recorrido vehicular, sin embargo, se tiene considerado el tránsito de buses B2, además de que posee una orografía Tipo 2 (ondulada), no se detectó la presencia de gran cantidad de personas circulando por la vía por lo que se le considera una zona tranquila. 58 Tabla 15 Estado situacional de la via Anchos Superficie de Tipo de Tipo de Tramo Ruta Inicio Fin Existentes Rodadura Intervenció Topografía (m) Existente n TERRENO NUEVO 1 PU-804 0+000 17+845.29 6,1 ONDULA AFIRMADO ESTUDIO DO Conservaci 0+000 21+650 7,73 Asfalto ón Mejoramien 0+000 22+160 9,74 Afirmado to Pavimento Conservaci 21+650 23+360 13,69 Rígido ón Mejoramien 22+160 23+600 6,63 Afirmado TERRENO to 2 PU-123 Conservaci 23+360 50+400 8,2 LLANO Asfalto ón Mejoramien 23+600 52+480 6,21 Afirmado to Conservaci 50+400 52+940 8,86 Asfalto ón Mejoramien 52+480 54+410 7,97 Afirmado to Conservaci 52+940 54+808.381 13,48 Asfalto ón Mejoramien 00+000 0+210 5,5 Afirmado to TERRENO Conservaci 3 PU-949 0+210 2+920 5,54 Asfalto LLANO ón Mejoramien 2+920 12+899 4,18 Afirmado to TERRENO Mejoramien 4 PU-910 00+000 19+609.705 5,16 Afirmado LLANO to Mejoramien 0+000 0+770 7,41 Afirmado TERRENO to 5 PU-120 LLANO Conservaci 0+770 19+311.453 5,72 Asfalto ón TERRENO Mejoramien 6 PU-915 00+000 3+404.878 5,49 Afirmado LLANO to Nota. Elaboración Propia. 59 3.7.4 Descripción de la ruta Emp. PE-34H –Samán – Emp. PE-34R: La ruta PU-804. La ruta PU-804 comprende desde el Emp.PE-34H pasando por Samán, hasta el Emp. PE- 3S R; la vía existente se encuentra, en su mayoría, afirmada desde el inicio al km 24.00 aproximadamente. En general la vía se encuentra regular a buenas condiciones; y en cuanto a drenaje longitudinal y transversal, en su mayoría está en buenas condiciones. Este tramo tiene la influencia directa de la localidad de Samán, por lo cual presenta sectores con presencia de terrenos de cultivo y atraviesa zonas urbanas con carpetas asfálticas. En esta ruta predomina la orografía, tipo 2. Figura 9 Inicio de la ruta PU-804 Nota. Elaboración Propia 60 Figura 10 Zona intermedia de la ruta PU-804 Nota. Elaboración Propia Figura 11 Final de la ruta PU-804 Nota. Elaboración Propia 61 IV. Resultados 4.1 Parámetros Obtenidos del Diseño Geométrico Para comenzar, es importante mencionar que, si bien es cierto, en la presente tesis se ha hecho un análisis de la ruta PU-804, el diseño geométrico de la carretera ha sido desarrollado considerando lo establecido en el Manual de Diseño de Carreteras DG-2018. El tramo de la ruta PU-804 presenta las siguientes condiciones de diseño: Tabla 16 Parámetros de Diseño Caracteristicas de Diseño Velocidad de Diseño 30 km/h Vehiculo de Diseño B2 Orografia ondulada(Tipo 2) IMDA 38 veh/dia Curva Horizontal 30 m (min) Tangente 42m (s) y 84m(o) Curva Vertical 50 m (min) Pendiente Max 10% Sobreancho 1.00 m Peralte max 8% Ancho de Calzada 6.00m Berma 0.50m Taludes Variados Volumen Neto 38785.15 m3 Nota. Elaboración Propia Para diseño en general, se consideró optimizar el movimiento de tierra, minimizando los cortes en lo posible, se siguió el trazo de la carretera actual con mejoramientos puntuales como reducción de curvas horizontales y verticales. 62 4.2 Superficie Se obtuvo el levantamiento topográfico, realizado mediante el uso de un Drone (Phantom Pro 4RTK). La finalidad del levantamiento topográfico es poder obtener la superficie en donde se va a realizar el diseño geométrico de la ruta PU-804. Para obtener la superficie, se usó un software de procesamiento de información llamado AGISOFT y posteriormente la información fue llevada al Civil 3D para su visualización. Figura 12 Superficie de la carretera en Agisoft Nota. Elaboración Propia Figura 13 Superficie de la carretera en civil 3D Nota. Elaboración Propia 63 4.3 Clasificación de la Carretera 4.3.1 Por su Orografía Se determinó que la ruta PU-804 era una carretera ondulada (Tipo2), ya que las medidas de las pendientes transversales que se realizaron en el civil 3D, nos arrojó que tiene un promedio de 13.22% en las pendientes transversales de toda la carretera y la cual nos permitió clasificarla de la manera indicada. En la Tabla 17 se indica las pendientes transversales de los tramos. Figura 14 Pendiente Transversal Nota. Elaboración Propia Tabla 17 Resumen de características geométricas existentes Nota. Elaboración Propia 64 4.3.2 Por su Demanda Se ha realizado el estudio de tráfico correspondiente para tener la muestra de la cantidad de vehículos que transitaban por día en la vía, luego, la especialidad del estudio de tránsito nos proporciona la información del IMDA de 38 veh/día, Se realizo el IMDA del año 2019 para determinar la clasificación por demanda de la carretera, este estudio de tráfico nos permite obtener los datos de los vehículos que circulan por la vía, haciendo un seguimiento y control diario. Sin embargo, se desea realizar una optimización de transitabilidad vehicular que sea funcional mínimo por los próximos años, por lo cual se hizo una proyección a partir de la tasa de crecimiento poblacional. Tabla 18 Crecimiento Poblacional Población Incremento Tasa de Año Total Poblacional Crecimiento 1940 548371 1961 686260 137889 1.1 1972 776173 89913 1.1 1981 890258 114085 1.5 1993 1079849 189591 1.6 2007 1268441 188592 1.1 2012 1377122 108681 1.5 2017 1429098 51976 1.3 2021 1499533 70435 1.0 2025 1556885 57352 0.9 Nota. Adaptado del “Resultado definitivo de los censos nacionales Puno – 2017 (Tomo I – p.23), (2017), INEI. A partir del IMDA actual medido, y empleando la tasa de crecimiento, se calcula el IMDA proyectado a futuro mediante la siguiente formula: 65 Figura 15 Trafico Proyectado Nota. Elaboración Propia A continuación, obtenemos la tabla donde tenemos el IMDA correspondiente al año 2019 y el proyectado que vendría ser del año 2029. Tabla 19 IMDA actual y proyectado CAMIONETAS BUS CAMION SEMI TRAYLER TRAYLER STATION AÑO AUTO RURAL MICRO WAGON PICK UP PANEL 2 E >=3 E 2 E 3 E 4 E 2S1/2S2 2S3 3S1/3S2 >= 3S3 2T2 2T3 3T2 >=3T3 TOTAL Combi DIAGRA. VEH. 2017 5 3 4 0 5 6 2 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 30 2018 5 4 5 0 5 6 2 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 33 2019 6 4 6 0 5 8 2 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 38 2020 6 5 6 0 5 8 2 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 39 2021 7 5 6 0 5 9 3 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 43 2022 7 6 8 0 6 9 3 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 47 2023 8 6 10 0 6 9 4 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 51 2024 8 6 10 0 8 9 5 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 54 2025 10 7 11 0 8 9 8 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 62 2026 11 7 11 0 10 10 8 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 66 2027 11 8 12 0 11 10 9 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70 2028 12 8 12 0 11 10 9 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 72 2029 12 10 12 0 11 10 10 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 75 2030 13 11 15 0 12 12 11 0 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 85 Nota. Elaboración Propia 66 4.3.3 Clasificación vial De acuerdo con los datos obtenidos por su demanda, se determinó que la clasificación vial de la ruta PU-804 es trocha carrozable debido a que tiene una circulación vehicular < 200veh/día, debido a esta clasificación se le consideró un ancho mínimo de calzada de 4.00m. Se observa que el IMDA del año de 2019 es de 38 veh/día y el IMDA proyectado al año 2029, de 75 veh/día. Tabla 20 Clasificacion Vial por Demanda Nota. Elaboración Propia 4.4 Vehículo de Diseño El vehículo seleccionado para este tramo es B2; debido a que es el vehículo de mayor longitud que transita por la vía en que se realizó el estudio, al no observar un vehículo de mayor dimensión transitar la ruta PU-804, se determinó usar el vehículo Tipo B2. 67 4.5 Velocidad de Diseño En base a la orografía y la clasificación por demanda, se determinó la velocidad de diseño, siendo esta de 30 km/h, porque al no encontrarse en la Tabla 2, la velocidad para trochas carrozables, se consideró la mínima posible con la finalidad de salvaguardar la seguridad vial del conductor. Tabla 21 Cuadro de velocidades de la vía por tramos Nota. Elaboración Propia 4.6 Diseño Geométrico en Planta o Alineamiento Horizontal En este caso se procedió a realizar un trazo en vista de planta, el trazo se realizó dibujando una polilínea por el camino de la ruta PU-804, para asegurar la trazabilidad del eje, el trazo fue realizado sobre ortomosaicos. La obtención de los parámetros horizontales fue hallada en función de la velocidad de diseño, lo que nos permitió tener en cuenta los datos que se obtienen en el Manual de carreteras: DG-2018.  Velocidad (v) km/h: 30km/h  Radio mínimo (Rmin): 30m  Longitud mínima de tangente(S): 42m  Longitud mínima de tangente (O): 84m 68  Longitud máxima de tangente: 500m Figura 16 Alineamiento horizontal en la ortofoto con cuadro de radio y tangentes Nota. Elaboración Propia Figura 17 Ortofoto y trazo de toda la ruta Pu-804 Nota. Elaboración Propia 69 4.6.1 Sobreancho Para el diseño de sobreancho se tomó el tipo de vehículo de diseño y los radios mínimos con la finalidad de poder calcular el ancho adicional por cada curva horizontal, con la finalidad de poder sostener a los vehículos Tipo B2 en su carril sin invadir otro. A continuación, en la Tabla 22 se observarán los resultados obtenidos. Tabla 22 Cuadro de sobreancho de la vía por tramos Nota. Elaboración Propia Figura 18 Creación de sobreanchos mínimo 1.0 según DG-2018 Nota. Elaboración Propia 70 4.6.2 Peraltes De acuerdo a la velocidad 30km/h y a la orografía del terreno la DG-2018 nos determina que el diseño de la carretera puede obtener un valor de peralte máximo de 8% y como valor mínimo tendrá el porcentaje de inclinación del bombeo, precisar que los peraltes se aplican a todas las curvas y que el Civil 3D nos da la facilidad de colocarlo de una manera automatizada y exportarlo a Excel. Tabla 23 Valores de peralte máximo Nota. Tomado del “Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG-2018” (p.196), por MTC, 2018, Peralte máximo para carreteras. Figura 19 Cuadro de peraltes en Civil 3D Nota. Elaboración Propia 71 Figura 20 Diagrama de Peraltes Nota. Elaboración Propia Figura 21 Gráfico de Peraltes en la carretera Nota. Fórums Autodesk Civil 3D 72 4.7 Diseño Geométrico en Perfil o Alineamiento Vertical Se procedió a dibujar en el Civil 3D la línea rasante, considerando la velocidad y distancia de visibilidad de diseño, se precisó que estas líneas son creadas en un perfil longitudinal, creado de manera automatizada por el Civil 3D, y que en la parte inferior se colocan las bandas, que vienen a ser los parámetros del alineamiento horizontal. Figura 22 Rasante con su cuadro de parámetro de diseño según DG -2018 Nota. Elaboración Propia Figura 23 Bandas del perfil longitudinal Nota. Elaboración Propia 73 4.7.1 Pendientes Una vez se tiene la rasante dibujada, se verificó el cumplimiento de la pendiente máxima, como tenemos trocha carrozable, con una orografía ondulada y velocidad de diseño de 30km/h, según la Tabla 7 la máxima pendiente que se puede colocar en la rasante es de 10%, con lo cual el Civil 3D nos permitió ajustar los valores de acuerdo al parámetro de la DG-2018. Figura 24 Pendientes menores a 10% Nota. Elaboración Propia 4.7.2 Curvas Verticales Para las curvas verticales se consideró una longitud mínima de 50 m tomando en cuenta que la diferencia de pendiente de entrada y salida es mayor que el 1%, esto nos permitió sacar un valor definido para el parámetro de curva K. 74 Figura 25 Curvas Cóncavas y Convexas Nota. Elaboración Propia 4.8 Creación de Obra lineal (Subensamblajes) Luego de tener los alineamientos horizontales y verticales definidos y los parámetros de las secciones transversales, se procedió a crear la obra lineal (subensamblajes) que tiene por finalidad colocar los parámetros de la vía como: estructura del pavimento, taludes, bombeo, bermas, en un solo dibujo que fue la representación gráfica de nuestra vía, acomodado al DG- 2018. Figura 26 Parámetros y creación de obra lineal Nota. Elaboración Propia 75 4.8.1. Calzada o superficie de rodadura De acuerdo a los parámetros de diseño como velocidad, orografía y clasificación vial por demanda, se obtuvo que el ancho de calzada para el presente trabajo de investigación es de 6.00m según la Tabla 8. También recordar que la superficie de rodadura fue pavimento asfaltico. 4.8.2. Bombeo De acuerdo a las precipitaciones anuales (mm/año), se indicó que es de 696 mm/año por lo cual, según la Tabla 10, y que se proyectó usar pavimento asfaltico, el valor de bombeo fue de 2.5%. Tabla 24 Cuadro de bombeo de la vía por tramos Precipitación Bombeo Tramos Rutas Inicio Fin (mm/años) Final (%) 1 PU-804 0+000 17+845.29 696 2.5 2 PU-123 10+000 24+000 650 3 3 PU-949 24+000 44+838 450 2.5 4 PU-910 0+000 11+188 750 3 5 PU-120 0+000 5+000 550 2.5 6 PU-915 5+000 15+000 680 3 Nota. Elaboración Propia 4.8.3. Taludes De acuerdo a los resultados de los estudios geológicos se definieron ciertos taludes para colocarlos en el ensamblaje, y así poder visualizar la inclinación al terreno lateral de la carretera 76 Tabla 25 Taludes recomendados Nota. Elaboración Propia 4.8.4. Berma De acuerdo a la Tabla 9, el ancho de la berma será de 0.50m y mantendrá el mismo bombeo de 2.5%, los cuales perteneces a los carriles principales. A continuación, se mostrará una imagen de todos los parámetros mencionados y cuál es su ubicación dentro del Civil 3D. 77 Figura 27 Parámetros de Diseño Nota. Elaboración Propia 4.9 Creación del Corredor (Carretera) Una vez se obtiene el alineamiento horizontal, vertical y la obra lineal hecha en el Civil 3D, se procedió a crear el corredor de la carretera que viene a ser la representación y compatibilización sólida de los parámetros antes proporcionados para la creación de la carretera. El Civil 3D da una opción de visualización en 3D de la carretera dependiendo de la longitud y permite adecuar ciertos cambios y modificaciones que se realicen en el diseño geométrico. 78 Figura 28 Propiedades del corredor Nota. Elaboración Propia 4.10 Secciones Transversales Las secciones transversales fueron productos de la compatibilización de todos los parámetros de diseño mencionados, es aquí donde se observó, mediante los planos, la viabilidad del diseño geométrico y la correcta aplicación de los parámetros de diseño DG-2018. Una vez finalizado todos los pasos anteriores se procedió a crear las secciones trasversales, se observaron la obra lineal y carretera realizadas, también se pudo observar los peraltes y los sobreanchos en cada curva. Las secciones transversales se encuentran visualizándose a cada 20m, lo cual facilitó el cálculo de movimiento de tierra de manera automatizada en el Civil 3D. 79 Figura 29 Secciones Transversales Nota. Elaboración Propia 4.11 Cálculo de movimientos de tierra Una vez finalizado el diseño geométrico y con la continua creación de las secciones transversales, se procedió a crear el cálculo de Volumen de Corte y Volumen de Relleno (movimiento de tierras), obteniendo como resultados lo siguiente:  Volumen de Corte: 51305.55 m3  Volumen de relleno: 12520.39 m3  Volumen Neto: 38785.15 m3 80 Figura 30 Áreas de corte y relleno Nota. Elaboración Propia Figura 31 Tabla de movimiento de Tierras Nota. Elaboración Propia 81 V. Discusión de resultados Se obtuvo un Diseño Geométrico bien elaborado, respetando los parámetros de diseño que se encontraba en el DG-2018, donde el civil 3D se utilizó para mejorar el diseño reduciendo las curvas de los alineamiento horizontales y verticales, además permitió la mejora de las pendientes longitudinales que se visualizan en el perfil longitudinal, una vez logrado los alineamientos horizontales y verticales se prosiguió a diseñar y dibujar la obra lineal (Assembly) para luego crear el corredor de la carretera, esto nos permite crear las secciones transversales cada 20m, una vez creada las secciones transversales, se puede generar el cálculo de volúmenes de corte y relleno, permitiendo llevar un control de volúmenes y así evitar grandes movimientos de tierra. Se evito crear excesivo movimiento de tierra y esto se logró al momento de adecuar en el software Civil 3D la rasante diseñada de la vía con el perfil del terreno evitando un excesivo movimiento de tierra tanto en corte y relleno. Esta investigación se ha comparado con investigaciones anteriores para validar la eficiencia de un diseño geométrico, Es así como en Delzo (2018), se concluye que la utilización del software Civil 3D es eficiente para la realización de un diseño geométrico. De igual manera en Román y Saldaña (2018) se observa que la reducción de curva ayuda a reducir grandes cantidades de movimiento de tierra. Del mismo modo Dávila (2021) concluye que la optimización de la transitabilidad vehicular es dependiente del diseño geométrico y traerá una gran mejora en lo que se refiere al tráfico y enfatiza la seguridad vial del proyecto. Asimismo, López (2013) sostiene que una mejora del diseño geométrico en el alineamiento vertical optimiza de manera total las pendientes longitudinales que se visualizan en el perfil longitudinal. 82 Tabla 26 Cuadro comparativo con Proyecto y sin Proyecto Con Proyecto Sin Proyecto  Se definirá el trazo tentativo de la  Se mantendrán acceso a carretera, lo que conlleva a tener mejor vías informales. propuesta de eje al expediente.  Se hará un correcto estudio para  Predominara la garantizar la viabilidad de la vía. informalidad. VENTAJAS  Se mantendrán las  La zona tendrá una mayor viviendas, que no afecten al atracción turística con una vía proyecto. asfaltada.  Interferencias alrededor de la vía.  Cierres definitivos de vías alternas  No mejorará el aspecto que no tengan alto flujo de transito turístico de la zona. DESVENTAJAS  Se tendrá que reubicar las viviendas que afecten al proyecto  No se generará una modernización en la zona.   No Habrá un adecuado Se impulsará a un mayor intercambio comercial, lo que intercambio comercial del distrito de provocaría un aumento en la Samán. pobreza  Los pobladores del distrito  Dara una mayor oportunidad de Samán tendrán menos laborar, tanto en la etapa de ejecución oportunidades de trabajo, ECONOMIA y mantenimiento de la vía. llevando a un déficit de prosperidad en la zona.  Llegará con mayor facilidad  Dificultad para la llegada de camiones que trasladan alimentos y camiones que trasladan productos de básica necesidad, productos alimenticios y de minimizando los tiempos de espera de básica necesidad para la estos, lo que lleva a generar más población. ventas y oportunidades económicas.  Generará un mayor intercambio  No se generará un gran social, gracias a la fácil accesibilidad a intercambio social por la difícil la zona. accesibilidad a la zona.  Se mejorarán normas y decretos INFLUENCIA SOCIAL  No habrá mejorar en de tránsito, asegurándoles mayor normas y decretos. seguridad vial  No será tomado en cuenta  La ruta será reconocida como como un posible destino a posible destino a conocer. conocer.  Generará un accesible tránsito  Inaccesible tránsito vehicular tanto, para vehículos pesados vehicular tanto para vehículos y livianos. livianos y pesados  Aliviara los peligros, que suceden  Seguirán latentes los Transitabilidad vehicular por las vías accidentadas. peligros de la vía accidentada  Se seguirá deteriorando los  Evitará el deterioro de los vehículos por lo accidentado del vehículos que pasan por la zona tramo. Nota. Elaboración Propia 83 Tabla 27 Resultados del Diseño Geometrico NUEVO DISEÑO VIA EXISTENTE GEOMÉTRICO Se proyectan 79 Curvas Existen 105 Curvas Horizontales Horizontales 90 Curvas Verticales 69 Curvas Verticales Tiempo de Viaje : 1hora y media Se estima de 45 a 50 min. Accidentes Viales Recurrentes Aumento de la Seguridad Vial Mayor cantidad de movimiento Menor cantidad de movimiento de tierra: 62.673.26 m3 de tierra: 38785.15m3 Pendientes longitudinales > 10% Pendientes longitudinales < 10% Presenta sobreancho para No presenta sobreanchos Vehiculo de Diseño Curvas sin peralte Curvas con peralte Nota. Se realizo un cuadro de las mejoras que nos refleja el diseño geometrico que se propuso obteniendo beneficios en todos los ámbitos de la via, asimismo se muestran los resultados de todo el diseño con la norma del manual de carreteras DG-2018 y con el software facilitado Civil 3D. Elaboración propia. 84 VI. Conclusiones  El diseño geométrico de la ruta PU-804 empleando software Civil 3D, logrará optimizar la transitabilidad vehicular con una carretera pavimentada y segura para el distrito de Samán en el departamento de Puno.  Se concluye que, al generar las secciones transversales se puede realizar el control sobre los volúmenes de corte y relleno, evitando generar grandes sobrecostos en los movimientos de tierra.  Al reducir la cantidad de curvas horizontales y verticales, permitirá obtener una mejor distancia de visibilidad y reducir los tiempos de viaje en el nuevo diseño geométrico de la vía.  Se concluye que mejorar el diseño geométrico en el alineamiento vertical, permitió optimizar las pendientes longitudinales, haciendo que estén por debajo del 10% como manda el manual de carreteras DG-2018. 85 VII. Recomendaciones  Se recomienda realizar un diseño geométrico siguiendo los parámetros del Manual de carreteras DG-2018 y utilizando el software Civil 3D como apoyo para realizar una buena carretera bajo los estándares del MTC.  Se debe generar las secciones transversales para poder observar el diseño propuesto y también para poder llevar el control de los movimientos de tierra.  Se recomienda buscar la optimización de las carreteras reduciendo sus curvas tanto horizontales como verticales, para mejorar el diseño en aspectos económicos y de tiempo de recorrido.  El uso del diseño geométrico ayuda a mejorar las pendientes longitudinales de las carreteras siguiendo los parámetros establecidos en el manual de carreteras DG-2018 y obligándolos a cumplir con su pendiente máxima diseñada. 86 VIII. Referencias Aleman, H., Juarez, F. y Nerio, J. (2015). “Propuesta de diseño geométrico de 5.0 km de vía de acceso vecinal montañosa, final col. quezaltepeque-cantón victoria, santa tecla, la libertad, utilizando software especializado para diseño de carreteras” [Tesis de Pregrado, Universidad de El Salvador]. Repositorio Institucional de la Universidad de El Salvador. https://ri.ues.edu.sv/id/eprint/7856 Arias, F. (2012). El Proyecto de Investigación. (6ta ed.). Episteme. https://www.researchgate.net/publication/301894369_EL_PROYECTO_DE_INVESTIG ACION_6a_EDICION Cayco, K. (2020). Análisis comparativo del software AutoCAD civil 3d e Istram ispol para el diseño geométrico de carreteras de tercera clase aplicado al proyecto mejoramiento de la carretera vecinal puente chico – sancaragra –cuchicancha – mal paso – choquicocha – santa rosa –tablahuasi – milpo – quiulacocha, distrito deconchamarca – ambo – Huánuco. [Tesis de Pregrado, Universidad Hermilio Valdizan]. 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Anexos 91 Anexo A Matriz de Consistencia y Matriz de Operacionalización 92 a) Matriz de consistencia DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS EMPLEANDO SOFTWARE CIVIL-3D PARA OPTIMIZACIÓN DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR DE LA RUTA PU-804 DEL DISTRITO DE SAMAN, PROVINICA DE AZANGARO DEL CORREDOR VIAL N°39 DE RED VIAL VECINAL EMPALME PE 34H-PUNO. PROBLEMAS OBJETIVOS HIPÓTESIS VARIABLES METODOLOGÍA General Variable Independiente 1. TIPO DE ESTUDIO El tipo de investigaciós tiene un enfoque cuantitativo, de tipo explicativo porque hay El Diseño Geométrico empleando el software ¿Cómo se realizará el diseño geométrico Proponer un diseño geométrico empleando el una medición numérica de variables Civil 3D sirve para determinar los empleando el software Civil 3D para la software Civil 3D para la mejora de las componentes de una carretera y las optimización de la transitabilidad vehicular de condiciones de transitabilidad vehicular de la 2. DISEÑO DE ESTUDIO condiciones de transitabilidad vehicular de la la ruta PU-804 en el corredor N°39 de la red ruta PU-804 del distrito de Samán, provincia El tipo de diseño a realizar es de tipo no ruta PU-804 del distrito de Samán, provincia vial vecinal empalme PE 34H del departamento de Azángaro del corredor vial N°39 de la red experimental, porque no se manipularán las de Azángaro del corredor vial N°39 de red vial de Puno? vial vecinal empalme PE 34h-Puno. variables vecinal empalme PE 34h-Puno. POBLACIÓN Diseño Geométrico empleando el software Civil 3D 3. TIPO DE MUESTRA Específicos El tipo de muestra es no probabilística, ya que va a depender de las características que presenten los diferentes estudios que se La aplicación del Civil 3D influye para la Aplicar el Civil 3d para la generación de realicen para el diseño. generación de Secciones transversales y el secciones transversales y el control de ¿Cómo incide el civil 3D para la generación de control de movimiento de tierra (volumen de volúmenes de corte y relleno de la ruta PU-804 secciones transversales y el control de corte y relleno) de la ruta PU-804 del distrito del distrito de Samán, provincia de Azángaro 4. TAMAÑO DE MUESTRA} volúmenes de corte y relleno? de Samán, provincia de Azángaro del corredor del corredor vial N°39 de la red vial vecinal vial N°39 de red vial vecinal empalme PE 34h- empalme PE 34h-Puno. Puno. Variable dependiente Aminorar la cantidad de curvas de los Para el tamaño de la muestra, se tomó la La aplicación del civil 3D permite aminorar la alineamientos horizontales y verticales para cantidad de curvas horizontales y verticales, la cantidad de curvas horizontales y verticales ¿Cómo se podrá reducir la cantidad de curvas poder obtener una mejor distancia de diferencia entre las pendientes transversales y para obtener una mejor distancia de visibilidad de los alineamientos horizontales y verticales visibilidad de la ruta PU-804 del distrito de longitudinales. de la de la ruta PU-804 del distrito de Samán, para tener mejor distancia de visibilidad? Samán, provincia de Azángaro del corredor Vial provincia de Azángaro del corredor vial N°39 N°39 de la red vial vecinal empalme PE 34h- de red vial vecinal empalme PE 34h-Puno. Puno. Mejoramiento y Transitabilidad vehicular 5. INSTRUMENTOS Mejorar el diseño geométrico del alineamiento La mejora del Diseño Geométrico en los vertical para optimizar las pendientes alineamientos Verticales permite optimizar las Variable independiente: Diseño Geométrico ¿Cómo influye un Diseño Geometrico para la longitudinales que se muestra en el perfil pendientes longitudinales que se muestra en el empleando el software Civil 3D. optimización de las pendientes longitudinales longitudinal de la ruta PU-804 del distrito de perfil longitudinal de la ruta PU-804 del -Instrumento: Uso del software Civil 3D que muestra el perfil longitudinal de la Samán, provincia de Azángaro del corredor Vial distrito de Samán, provincia de Azángaro del carretera? N°39 de la red vial vecinal empalme PE 34h- corredor vial N°39 de red vial vecinal empalme Variable dependiente: Mejoramiento y Puno. PE 34h-Puno. Transitabilidad vehicular -Instrumento: Cálculo del IMDA Nota. Elaboración Propia 93 b) Matriz de operacionalización DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS EMPLEANDO SOFTWARE CIVIL-3D PARA OPTIMIZACIÓN DE TRANSITABILIDAD VEHICULAR DE LA RUTA PU-804 DEL DISTRITO DE SAMAN, PROVINICA DE AZANGARO DEL CORREDOR VIAL N°39 DE RED VIAL VECINAL EMPALME PE 34H-PUNO. DEFINICIÓN DEFINICIÓN VARIABLES DIMENSIONES INDICADORES UNIDADES CONCEPTUAL OPERACIONAL Diseño de curvas Variable Independiente metros (m) Alinamiento horizontal y horizontales y verticales vertical Tangentes horizontales y metros (m) verticales Carpeta asfáltica pulgadas (pulg) Ancho de calzada metros (m) Según Reyes (2018), el Base granular centímetros (cm) software Civil 3D ofrece una Secciones Transversales Sub base granular centímetros (cm) solución de diseño, Esta variable se medirá explanación, planos de Taludes metros (m) mediante los avances producción y maquetación lineales del proyeto (m) Bombeo % Diseño Geométrico empleando en el área de ingeniería a hasta llegar a obtener todo el el software Civil 3D fines de tener un mejor Rasante metros (m) diseño de la carretera entendimiento de la Pendientes máximas y Subrasante metros (m) performance de los mínimas proyectos Perfil Longitudinal Progresivas Volúmentes de corte metros cúbicos (m3) Movimiento de tierras Volúmentes de relleno metros cúbicos (m3) Medición del tráfico Variable dependiente IMDA veh/día vehicular Tipo de vehículo de diseño Estudio de trafico Unidades Según Rojas (2017), se Esta variable se medirá a desarrolla con el objetivo de través de estudios de tráfico resolver las inadecuadas y optimización de los costos Mejoramiento y Transitabilidad condiciones de para hacer seguimiento a los vehicular transitabilidad existentes en beneficios del diseño la vía en estudio geométrico propuesto Cálculo de Movimiento Costos Soles (S/.) de tierra Nota. Elaboración Propia 94 Anexo B Panel fotográfico 95 Figura 32 Foto 01 Nota. Elaboración Propia Figura 33 Foto 02 Nota. Elaboración Propia 96 Figura 34 Foto 03 Nota. Elaboración Propia Figura 35 Foto 04 Nota. Elaboración Propia 97 Figura 36 Foto 05 Nota. Elaboración Propia Figura 37 Foto 06 Nota. Elaboración Propia 98 Anexo C Planos 99 Figura 38 Plano N°01 de planta y perfil longitudinal Nota. Elaboración Propia 100 Figura 39 Plano N°02 de planta y perfil longitudinal Nota. Elaboración Propia 101 Figura 40 Plano N°03 de planta y perfil longitudinal Nota. Elaboración Propia 102 Figura 41 Plano N°04 de planta y perfil longitudinal Nota. Elaboración Propia 103 Figura 42 Plano N°05 de planta y perfil longitudinal Nota. Elaboración Propia 104 Figura 43 Plano N°06 de planta y perfil longitudinal Nota. Elaboración Propia 105 Figura 44 Plano N°07 de planta y perfil longitudinal Nota. Elaboración Propia 106 Figura 45 Plano N°08 de planta y perfil longitudinal Nota. Elaboración Propia 107 Figura 46 Plano N°09 de planta y perfil longitudinal Nota. Elaboración Propia 108 Figura 47 Plano N° 01 de secciones transversales Nota. Elaboración Propia 109 Figura 48 Plano N° 02 de secciones transversales Nota. Elaboración Propia 110 Figura 49 Plano N° 03 de secciones transversales Nota. Elaboración Propia 111 Figura 50 Plano N° 04 de secciones transversales Nota. Elaboración Propia 112 Figura 51 Plano N° 05 de secciones transversales Nota. Elaboración Propia 113 Figura 52 Plano N° 06 de secciones transversales Nota. Elaboración Propia 114 Anexo D Datos de recolección 115 Figura 53 Ficha de recoleccion de datos 01 Nota. Elaboración Propia 116 Figura 54 Ficha de recoleccion de datos 02 Nota. Elaboración Propia 117 Figura 55 Ficha de recoleccion de datos 03 Nota. Elaboración Propia 118 Figura 56 Ficha de recoleccion de datos 04 Nota. Elaboración Propia 119 Figura 57 Ficha de recolección de datos 05 Nota. Elaboración Propia