1. LAS CARRETERAS1.1 GENERALIDADES DEFINICION 1.2 1.3 CARACTERISTICAS 1.4 CLASIFICACION 1.5 CLASES DE PROYECTOS 1.1 GENERALIDADES El transporte de pasajeros, as como el de carga, ha venido mostrando preferencia por el uso de las carreteras, debido a las facilidades que stas ofrecen, bien sea por los costos de transporte, bien por la flexibilidad en su utilizacin. Estas condiciones, y otras ms, influyen en el desarrollo econmico de la regin, con el consiguiente aumento de la produccin y del consumo y mejora del nivel de vida de la poblacin, por obra del sistema de transporte, en general, y de las carreteras en particular. Dadas las condiciones de COLOMBIA, el sistema de transporte por carretera hace patente la necesidad de una red eficiente, segura y cmoda, tanto para usuarios como para vehculos, dentro de principios de compatibilidad entre la oferta y la demanda.

1.2 DEFINICION La carretera es una infraestructura de transporte cuya finalidad es permitir la circulacin de vehculos en condiciones de continuidad en el espacio y el tiempo, con niveles adecuados de seguridad y de comodidad. Puede estar constituida por una o varias calzadas, uno o varios sentidos de circulacin o uno o varios carriles en cada sentido, de acuerdo con las exigencias de la demanda de trnsito y la clasificacin funcional de la misma. 1.3 CARACTERISTICAS 1.3.1 Factores Como integrantes del "sistema de transporte" las carreteras forman parte de la infraestructura econmica del pas y contribuyen a determinar su desarrollo; e intervienen en planes y programas a travs de los proyectos. Estos, por tanto, deben responder a un contexto general de orden macroeconmico, el modelo de desarrollo, para maximizar su contribucin al desarrollo del pas. Hay diversos factores bsicos que definen una carretera respecto a importancia, categora, requerimientos tcnicos, otros, para incorporarla al sistema vial; tales son:

1.3.1.1 Institucionales La Constitucin Nacional y las necesidades puestas en evidencia por motivos de orden nacional y geopoltico, por los planes de desarrollo y por los planes sectoriales del

transporte;

1.3.1.2 Operacionales Se relacionan con el servicio para el cual la carretera debe ser proyectada, en armona con las polticas oficiales como son: funciones, volumen y caractersticas del trnsito inicial y futuro, velocidad de operacin, seguridad para el usuario y la comunidad, lugar dentro de la jerarquizacin del sistema vial, relacin con otras vas y con la propiedad adyacente.

1.3.1.3 Fsicos Los relacionados con la naturaleza, que imponen limitaciones al diseo por considerar, como son: relieve, hidrografa, geologa y climatologa, en la zona del proyecto.

1.3.1.4 Humanos y ambientales Se relacionan con los rasgos distintivos de la comunidad que se quiere servir y el ambiente circundante; los principales son: actividad econmica de la zona de influencia, uso de la tierra, idiosincrasia de usuarios y peatones, impacto esttico y efectos ambientales.

1.3.1.5 Costos En consideracin a la optimizacin del uso de los recursos, el costo de una carretera debe estar asociado a la categora del proyecto y comprende tres (3) acpites principales: costos de inversin, costos de operacin de los usuarios y costos de mantenimiento a lo largo de la vida til del proyecto.

1.4 CLASIFICACION 1.4.1 Por competencia 1.4.1.1 Carreteras nacionales Son aquellas a cargo del Instituto Nacional de Vas.

1.4.1.2 Carreteras departamentales Son aquellas de propiedad de los departamentos, o las que la nacin les ha transferido a travs del Instituto Nacional de Vas (red secundaria) y el Fondo Nacional de Caminos Vecinales (red terciaria), o las que en un futuro les sean transferidas.

1.4.1.3 Carreteras distritales y municipales Son aquellas vas urbanas y/o suburbanas y rurales a cargo del Distrito o Municipio.

1.4.1.4 Carreteras veredales o vecinales Son aquellas vas a cargo del Fondo Nacional de Caminos Vecinales.

1.4.2 Segn sus caractersticas 1.4.2.1 Autopistas Es una va de calzadas separadas, cada una con dos o ms carriles, con control total de acceso y salida. Se denomina con la sigla A.P. La autopista es el tipo de va que proporciona un flujo completamente continuo. No existen interrupciones externas a la circulacin, tales como intersecciones semaforizadas o controladas por seal de PARE. El acceso y salida desde la va se produce nicamente en los ramales, que estn proyectados para permitir las maniobras de confluencia y bifurcacin a altas velocidades y por lo tanto, minimizando las alteraciones del trnsito de la va principal.

1.4.2.2 Carreteras multicarriles Son carreteras divididas, con dos o ms carriles por sentido, con control parcial o total de acceso y salida. Se denominan con la sigla M.C. 1.4.2.3 Carreteras de dos carriles Constan de una sola calzada de dos carriles, uno por cada sentido de circulacin, con intersecciones a nivel y accesos directos desde sus mrgenes. Se denominan con la sigla C.C.

1.4.3 Segn el tipo de terreno 1.4.3.1 Conceptos bsicos Pendiente longitudinal del terreno es la inclinacin natural del terreno, medida en el sentido del eje de la va. Pendiente transversal del terreno es la inclinacin natural del terreno, medida normalmente al eje de la va.

1.4.3.2 Tipos de terreno Para Colombia, los terrenos se clasifican en plano, ondulado, montaoso y escarpado, de acuerdo con parmetros que se indican en la tabla 1.1. Se consideran las siguientes: a. Carretera tpica de terreno plano Es la combinacin de alineamientos horizontal y vertical, que permite a los vehculos pesados mantener aproximadamente la misma velocidad que la de los vehculos ligeros. b. Carretera tpica de terreno ondulado Es la combinacin de alineamientos horizontal y vertical que obliga a los vehculos pesados a reducir sus velocidades significativamente por debajo de las de los vehculos de pasajeros, sin ocasionar el que aquellos operen a velocidades sostenidas en rampa por un intervalo de tiempo largo. c. Carretera tpica de terreno montaoso Es la combinacin de alineamientos horizontal y vertical que obliga a los vehculos pesados a circular a velocidad sostenida en rampa durante distancias considerables o a intervalos frecuentes. d. Carretera tpica de terreno escarpado Es la combinacin de alineamientos horizontal y vertical que obliga a los vehculos pesados a operar a menores velocidades sostenidas en rampa que aquellas a las que operan en terreno montaoso, para distancias significativas o a intervalos muy frecuentes.

Tabla 1.1 TIPOS DE TERRENO

1.4.4 Segn velocidad de diseo En la tabla 1.2 se indica el tipo de carretera en funcin de la velocidad.Tabla 1.2 VELOCIDADES DE DISEO SEGUN TIPO DE CARRETERA Y TERRENO

1.4.5 Segn su funcin 1.4.5.1 Principales o de primer orden Son aquellas troncales, transversales y accesos a capitales de departamento que cumplen la funcin bsica de integracin de las principales zonas de produccin y de consumo del pas y de ste con los dems pases.

1.4.5.2 Secundarias o de segundo orden Aquellas vas que unen cabeceras municipales entre s y/o que provienen de una cabecera municipal y conectan con una principal.

1.4.5.3 Terciarias o de tercer orden Aquellas vas de acceso que unen las cabeceras municipales con sus veredas, o unen veredas entre s.

1.5 CLASES DE PROYECTOS 1.5.1 Proyectos de construccin Es el conjunto de todas las obras de infraestructura a ejecutar en una va proyectado, en un tramo faltante mayor al 30% de una va existente y/o en variantes. Comprende, entre otras, las actividades de: * * * * * * * * * * Desmonte y limpieza Explanacin Obras de drenaje (alcantarillas, pontones, etc.) Afirmado Subbase, base y capa de rodadura Tratamientos superficiales o riegos Sealizacin vertical Demarcacin lineal Puentes Tneles

1.5.2 Proyectos de mejoramiento Consiste bsicamente en el cambio de especificaciones y dimensiones de la va o puentes; para lo cual, se hace necesaria la construccin de obras en infraestructura ya existente, que permitan una adecuacin de la va a los niveles de servicio requeridos por el trnsito actual y proyectado. Comprende, entre otras, las actividades de: * * * Ampliacin de calzada Construccin de nuevos carriles Rectificacin (alineamiento horizontal y vertical)

* * * * * * *

Construccin de obras de drenaje y sub-drenaje Construccin de estructura del pavimento Estabilizacin de afirmados Tratamientos superficiales o riegos Sealizacin vertical Demarcacin lineal Construccin de afirmado

Dentro del mejoramiento, puede considerarse la construccin de tramos faltantes de una va ya existente, cuando stos no representan ms del 30% del total de la va.

1.5.3 Proyectos de rehabilitacin Actividades que tienen por objeto reconstruir o recuperar las condiciones iniciales de la va de manera que se cumplan las especificaciones tcnicas con que fue diseada. Comprende, entre otras, las actividades de: * * * * Construccin de obras de drenaje Recuperacin de afirmado o capa de rodadura Reconstruccin de sub-base y/o base y/o capa de rodadura Obras de estabilizacin

1.5.4 Proyectos de mantenimiento rutinario Se realiza en vas pavimentadas o no pavimentadas. Se refiere a la conservacin continua (a intervalos menores de un ao) de las zonas laterales, y a intervenciones de emergencias en la carretera, con el fin de mantener las condiciones ptimas para la transitabilidad en la va. Las principales actividades de stas son: * * * * * * * * * Remocin de derrumbes Rocera Limpieza de obras de drenaje Reconstruccin de cunetas Reconstruccin de zanjas de coronacin Reparacin de baches en afirmado y/o parcheo en pavimento Perfilado y compactacin de la superficie Riegos de vigorizacin de la capa de rodadura Limpieza y reparacin de seales

1.5.5 Proyectos de mantenimiento peridico Se realiza en vas pavimentadas y en afirmado. Comprende la realizacin de actividades de conservacin a intervalos variables, relativamente prolongados (3 a 5 aos) , destinados primordialmente a recuperar los deterioros de la capa de rodadura ocasionados por el trnsito y por fenmenos climticos, tambin podr contemplar la construccin de algunas obras de drenaje menores y de proteccin faltantes en la va. Las principales actividades son:

* * * * * * * * *

Reconformacin y recuperacin de la banca Limpieza mecnica y reconstruccin de cunetas Escarificacin del material de afirmado existente Extensin y compactacin de material para recuperacin de los espesores de afirmadoiniciales Reposicin de pavimento en algunos sectores Reconstruccin de obras de drenaje Construccin de obras de proteccin y drenaje menores Demarcacin lineal Sealizacin vertical

DEFINICIONES Control Total de Acceso El acceso desde el exterior se realiza exclusivamente a travs de intersecciones a desnivel o mediante entradas y salidas directas a otras carreteras.

Control Parcial o Total de Acceso Adems de los accesos a travs de las intersecciones a desnivel o mediante entradas y salidas directas a otras carreteras, se pueden establecer otras mediante vas de servicio con entradas y salidas especficas. Se permiten intersecciones a nivel. Autopistas Es una va de calzadas separadas, cada una con dos o ms carriles, con control total de acceso y salida Carreteras Multicarriles Son carreteras divididas, con dos o ms carriles por sentido, con control parcial o total de acceso y salida Carreteras de Dos carriles Constan de una sola calzada de dos carriles, uno por cada sentido de circulacin, con intersecciones a nivel y accesos directos desde sus mrgenes

2 PLANEACION2.1 DEFINICION La planeacin es un proceso continuo de previsin de los recursos y servicios requeridos para obtener objetivos determinados segn un orden de prioridades establecido y que permite escoger la o las soluciones ptimas entre varias alternativas. 2.2 CATEGORAS ESTRATEGICAS DEL PROCESO DE PLANEACION La planeacin se desarrolla en diferentes instancias responsabilidad y alcance. jerarquizadas por niveles de

Los planes de desarrollo constituyen la categora superior, a partir de la cual se desprenden las unidades de gestin, que dan solucin a los problemas especficos de la poblacin. Las unidades de gestin son los programas, subprogramas y proyectos, que por su carcter de medios de accin, subordinan sus objetivos y estrategias a los establecidos en los planes de desarrollo. Los planes de desarrollo comprenden el anlisis de la problemtica econmica, social y ambiental a nivel nacional, departamental y municipal, a partir de la cual definen una estrategia de solucin a seguir a mediano o largo plazo. La estrategia incluye la definicin de los objetivos y metas del plan; de las polticas generales y sectoriales; de los principales programas de gobierno; y del plan de inversiones para el perodo analizado. El programa es la estrategia de accin cuyas directrices determinan los medios que articulados gerencialmente permiten dar una solucin integral a problemas. El objetivo general de un programa, que por definicin debe tener carcter multisectorial, generalmente corresponde a uno de los objetivos establecidos por el plan de desarrollo. A partir del objetivo general se definen objetivos especficos, las metas, los tipos de proyectos y el plan de inversiones del programa. Subprograma es la desagregacin de un programa en grupos homogneos de proyectos. Esta homogeneidad no corresponde a un criterio nico, ya que puede definirse por tecnologa, ubicacin, tamao, etc., de acuerdo con las necesidades particulares de clasificacin de un programa. El objetivo general de un subprograma, generalmente, corresponde a un objetivo especfico del programa. El proyecto es la mnima unidad operacional que vincula recursos, actividades y componentes durante un perodo determinado y con una ubicacin definida para resolver problemas o necesidades de la poblacin. El objetivo general de un proyecto debe estar relacionado con algunos de los objetivos especficos de un programa o subprograma y, en consecuencia, con los objetivos del plan de desarrollo. 2.3 CICLO DE UN PROYECTO DE CARRETERA Un proyecto de carretera comienza en el momento en que se identifica el problema o necesidad por solucionar y termina en el momento en que se logra solucionar o satisfacer dicha necesidad alcanzando as los objetivos esperados por el proyecto. Las diferentes

etapas por las que debe pasar el proyecto es lo que se llama ciclo del proyecto. Estas etapas son: preinversin, inversin y operacional, tal como se muestra en la figura 2.1.Figura 2.1. CICLO DE PROYECTO

2.3.1 Etapa de Preinversin En ella se realizan todos los estudios necesarios para tomar la decisin de realizar o no el

proyecto. Tiene por objeto examinar la viabilidad del proyecto de carretera mediante la identificacin del mismo, la preparacin de su informacin tcnica, financiera, econmica y ambiental, el clculo de cantidades de obra, de costos y beneficios, y la preparacin de los bosquejos o anteproyectos que se requieran. Durante esta etapa, a partir de la idea del proyecto de carretera, se desarrollan los denominados estudios de preinversin, a saber: * * * Perfil del proyecto Estudio de prefactibilidad (fase I) Estudio de factibilidad (fase II)

A continuacin se explica brevemente cada uno de los trminos anteriores: La idea del proyecto que consiste en identificar de forma muy preliminar la necesidad o problema existente y las acciones mediante las cuales se podra solucionar, se deriva de planes generales de desarrollo econmico y social, de polticas generales, de planes sectoriales (Plan del Sector Transporte, por ejemplo), de otros proyectos o estudios o porque puede parecer atractivo emprender el proyecto. La idea, adecuadamente presentada, servir de base para decidir acerca de la conveniencia de emprender estudios adicionales. El perfil del proyecto sirve para reunir la informacin de origen secundario (proyectos similares, mercados, beneficiarios, aspectos ambientales, por ejemplo); verificar todas las alternativas del proyecto y estimar sus costos y beneficios de manera preliminar; realizar la versin preliminar del diagnstico ambiental de alternativas; descartar algunas (o todas) de las alternativas y plantear cules son susceptibles de estudios ms detallados. El estudio de prefactibilidad del proyecto es un proceso de descarte de alternativas y estudio de una, dos, o ms de las mismas. En una primera parte se establece un diagnstico econmico preliminar y se definen las grandes orientaciones de los estudios tcnicos, financieros, econmicos y ambientales del proyecto. Posteriormente, se seleccionan las soluciones por evaluar, coordinando aspectos tcnicos, financieros, econmicos y ambientales (los tcnicos basados principalmente en informacin existente: fotografas areas, restituciones, mapas, carteras de trnsito, otros; y el mnimo necesario de actividades y trabajos de campo). Ms tarde se estiman costos y beneficios de cada una de las soluciones, se comparan stas entre s y con "una solucin de referencia" (Alternativa sin Proyecto), sobre la base de indicadores econmicos (relacin beneficio costo, B/C; tasa interna de retorno, TIR; valor presente neto VPN, tasa nica de retorno, TUR, con los correspondientes anlisis de sensibilidad), se eliminan las soluciones menos convenientes, para reducir el estudio a una, preferentemente, o dos, si as se justifica, en la etapa siguiente o de estudio de factibilidad. En general, a todo proyecto de carretera se le debe adelantar el estudio de prefactibilidad, con el fin de tener la informacin que permita al nivel decisorio de la entidad duea del proyecto adoptar uno cualquiera de los tres siguientes caminos : efectuar la evaluacin final y decidir invertir en la carretera; es decir, pasar a la etapa de inversin; descartar el proyecto u ordenar la realizacin del estudio de factibilidad. El estudio de factibilidad, que consiste en perfeccionar la alternativa recomendada en la prefactibilidad, tiene por objeto reducir al mximo la incertidumbre asociada con el

proyecto de inversin en la carretera. En general, aqu se afinan los estudios de las soluciones, o se amplan los aspectos tanto tcnicos como financieros, econmicos y ambientales, con el fin de recomendar lo ms conveniente y ptimo para la comunidad. 2.3.1.1 Contenido de los estudios de preinversin El contenido mnimo de cada uno de los estudios de preinversin de un proyecto de carretera es el siguiente: * * * Localizacin geogrfica del proyecto Descripcin de la zona de influencia del proyecto Aspectos tcnicos del proyecto. Considerar como mnimo: Topografa Geologa y geotecnia Trnsito Valores ambientales Climatologa Aspectos hidrolgicos e hidrulicos Criterios de diseo Planteamiento de soluciones alternativas Descripcin de soluciones alternativas Planos en planta y perfil sobre cartografa existente de cada solucin Secciones transversales Esquemas de obras de drenaje y estructuras Programa para la ejecucin del proyecto (debe comprender todas las actividades de la etapa de inversin del proyecto) Inversiones en el proyecto. En su cuantificacin se tendrn en cuenta los siguientes costos: Costo de los estudios de investigaciones preparatorias y de los estudios tcnicos detallados Costos de construccin Costos de derechos de va Costos de administracin (los requeridos para el funcionamiento de la unidad dentro de la organizacin de la entidad ejecutora, responsable directa de administrar la ejecucin del proyecto) Imprevistos Costos de conservacin Costos de operacin y de explotacin Financiacin del proyecto Flujo de caja del proyecto Estudio comparativo de soluciones alternativas Evaluacin tcnica Evaluacin econmica y social Evaluacin ambiental (debe contemplar el diagnstico ambiental de soluciones alternativas) Conclusiones

* *

* * * * * * * * *

2.3.1.2 Nivel de los estudios tcnicos y grado de exactitud de las cuantificaciones en la preinversin El nivel de los estudios tcnicos y el grado de exactitud de las cuantificaciones en la preinversin, se muestran en la tabla 2.1. El estudio de las distintas soluciones alternativas se deber realizar por el mismo equipo redactor y con el mismo nivel de precisin.

Tabla 2.1 TIPOS DE ESTUDIOS

2.3.2 Etapa de inversin La etapa de inversin, tambin llamada de ejecucin, se inicia con la elaboracin de los estudios tcnicos definitivos (fase III). En esencia, comprende las siguientes actividades: * Conformacin, dentro de la entidad duea del proyecto, o dentro de la organizacin del concesionario de la carretera, del grupo encargado de la Gerencia del Proyecto. Elaboracin de los estudios tcnicos definitivos, con preparacin de planos detallados para la construccin de las obras, y con un grado de exactitud de las cuantificaciones de 90 a 100%. La escala mnima de diseo ser de 1:2000 con precisin 1:1000. Se deben basar en los aspectos tcnicos descritos en los estudios de preinversin. Gestiones relacionadas con la obtencin de los recursos financieros previstos para el proyecto durante la preinversin. Preparacin de licitaciones para la construccin de las obras, estudio de propuestas y adjudicacin de contratos. Construccin de las obras. Supervisin o interventora de la construccin de las obras. Presentacin y entrega del proyecto construido a la entidad que se encargar de su operacin y mantenimiento.

*

* * * * *

En esta etapa se realiza el seguimiento fsico-financiero del proyecto, con el cual se busca garantizar la correcta utilizacin de los recursos de inversin asignados en el presupuesto. Este seguimiento permite observar las variaciones sobre lo previsto, determinar sus

causas e introducir ajustes pertinentes.

2.3.3 Etapa operacional Esta etapa se inicia cuando los vehculos comienzan a circular sobre la va. Durante la misma el mantenimiento o conservacin de la carretera, tanto rutinario como peridico, es responsabilidad de la entidad duea del proyecto o del concesionario de la misma. Generalmente, en los proyectos continuos (concesiones) la etapa de operacin se presenta simultneamente con la etapa de inversin. 2.3.4 Evaluacin expost Para la correcta operacin del proyecto, se recomienda realizar seguimiento y evaluacin de resultados al proyecto. El propsito de este ltimo es ayudar a asegurar la operacin eficiente, identificando y abordando los problemas que surjan en la operacin. La evaluacin de los resultados, desde una perspectiva ms amplia, intenta determinar las razones de xito o de fracaso, con el propsito, en un futuro de replicar las experiencias exitosas y de evitar problemas ya presentados. La evaluacin de resultados tambin debe dar informacin sobre la eficacia y efectividad de cada uno de los proyectos en el cumplimiento de los objetivos planteados en los estudios de preinversin.

3 CRITERIOS DE DISEO3.1 VELOCIDAD3.1.1 Objeto La velocidad debe ser estudiada, regulada y controlada con el fin de que ella origine un perfecto equilibrio entre el usuario, el vehculo y la carretera, de tal manera que siempre se garantice la seguridad. El diseo geomtrico de una carretera se debe definir en relacin directa con la velocidad a la que se desea circulen los vehculos en condiciones aceptables de comodidad y seguridad. Por lo tanto, el objetivo principal del diseo geomtrico de una carretera deber ser el de proveer el servicio (oferta) para satisfacer el volumen de trnsito (demanda), de una manera segura, cmoda y econmica, con una velocidad adecuada, que supuestamente hayan de seguir la mayora de los conductores.

3.1.2 Tipos y Definicione de Velocidad Para propsitos de aplicacin de los presentes criterios se deben tener en cuenta los siguientes conceptos relacionados con la velocidad.

3.1.2.1 Velocidad en general En general el trmino velocidad se define como la relacin entre el espacio recorrido por un vehculo y el tiempo que se tarda en recorrerlo. Esto es, para un vehculo representa su relacin de movimiento, usualmente expresada en kilmetros por hora (km/h). Para el caso de una velocidad constante, sta se define como una funcin lineal de la distancia y el tiempo, expresada por la frmula: d t Donde: v = velocidad constante, (km/h) d = distancia, (km) t = tiempo, (h) v=

3.1.2.2 Velocidad puntual Es la velocidad de un vehculo a su paso por un punto determinado o seccin transversal de la carretera. La velocidad puntual debe medirse bajo las limitaciones del conductor, las caractersticas

de operacin del vehculo, el volumen de trnsito o presencia de otros vehculos, las condiciones ambientales, y las limitaciones de velocidad establecidas por los dispositivos de control. 3.1.2.3 Velocidad instantnea Es la velocidad correspondiente a cada uno de los vehculos que se encuentran circulando a lo largo de un tramo de la carretera en un instante dado.

3.1.2.6 Velocidad de recorrido Es el resultado de dividir la distancia recorrida por un vehculo, desde el principio al fin del viaje, entre el tiempo total que emplea en recorrerla. En el tiempo total de recorrido estn incluidas todas aquellas demoras operacionales debido a reducciones de velocidad y paradas provocadas por la carretera, el trnsito y los dispositivos de control, ajenos a la voluntad del conductor.Tambin se le llama velocidad global o de viaje. Para todos los vehculos o para un grupo de ellos, la velocidad media de recorrido se calcula dividiendo la suma de sus distancias recorridas entre la suma de los tiempos totales de viaje. Si todos o el grupo de vehculos recorren la misma distancia, la velocidad media de recorrido se obtiene dividiendo la distancia recorrida por el promedio de los tiempos de recorrido. Por lo tanto, la velocidad media de recorrido es una velocidad media espacial o con base en la distancia. La velocidad de recorrido, individual o media, de los vehculos en una carretera existente es una medida de la calidad del servicio que sta proporciona a los usuarios. Su medicin permite realizar el diagnstico respectivo. Por lo anterior y para propsitos de proyecto, es necesario conocer las velocidades de los vehculos que se espera circulen por la carretera para diferentes volmenes de trnsito.

3.1.2.7 Velocidad de diseo La velocidad de diseo o velocidad de proyecto de un tramo de carretera es la velocidad gua o de referencia que permite definir las caractersticas geomtricas mnimas de todos los elementos del trazado, en condiciones de comodidad y seguridad. Por lo tanto, ella representa una referencia minimal. Se define como la mxima velocidad segura y cmoda que puede ser mantenida en una seccin determinada de una va, cuando las condiciones son tan favorables, que las caractersticas geomtricas del diseo de la va predominan. Todos aquellos elementos geomtricos de los alineamientos horizontal, de perfil y transversal, tales como radios mnimos, pendientes mximas, distancias de visibilidad, peraltes, anchos de carriles y bermas, anchuras y alturas libres, etc., dependen de la velocidad de diseo y varan con un cambio de ella. Al proyectar un tramo de carretera, hay que mantener un valor constante para la velocidad

de diseo. Sin embargo, los cambios drsticos y sus limitaciones mismas, pueden obligar a usar diferentes velocidades de diseo para distintos tramos. Se debe considerar como longitud mnima de un tramo la distancia correspondiente a dos kilmetros, y entre tramos sucesivos no se deben presentar diferencias en las velocidades de diseo superiores a los 20 km/h. La seleccin de la velocidad de diseo depende de la importancia o categora de la futura carretera, de los volmenes de trnsito que va a mover, de la configuracin topogrfica del terreno, de los usos de la tierra, del servicio que se requiere ofrecer, de las consideraciones ambientales, de la homogeneidad a lo largo de la carretera, de las facilidades de acceso (control de accesos), de la disponibilidad de recursos econmicos y de las facilidades de financiamiento. En la Tabla 3.1.1 se establece el rango de las velocidades de diseo que se deben utilizar en funcin del tipo de carretera segn su definicin legal y el tipo de terreno. Tabla 3.1.1 VELOCIDADES DE DISEO SEGUN TIPO DE CARRETERA Y TERRENO

3.1.2.8 Velocidad especifica La velocidad especfica de un elemento de diseo, es la mxima velocidad que puede mantenerse a lo largo del elemento considerado aisladamente, en condiciones de seguridad y comodidad, cuando encontrndose el pavimento hmedo y las llantas en buen estado, las condiciones metereolgicas, del trnsito y las regulaciones son tales que no imponen limitaciones a la velocidad. En una curva horizontal existe una relacin biunvoca entre su radio y la velocidad

especfica.

3.1.2.9 Velocidad de marcha Denominada tambin velocidad de crucero, es el resultado de dividir la distancia recorrida entre el tiempo durante el cual el vehculo estuvo en movimiento, bajo las condiciones prevalecientes del trnsito, la va y los dispositivos de control. Es una medida de la calidad del servicio que una va proporciona a los conductores, y vara durante el da principalmente por la variacin de los volmenes de trnsito. Para obtener la velocidad de marcha en un viaje normal, se debe descontar del tiempo total de recorrido, todo aquel tiempo en que el vehculo se hubiese detenido por cualquier causa.

3.1.2.10 Velocidad de operacin En el diseo gemtrico de carreteras, se entiende como velocidad de operacin de un determinado elemento geomtrico, la velocidad segura y cmoda a la que un vehculo aislado circulara por l, sin condicionar la eleccin de la velocidad por parte del conductor ningn factor relacionado con la intensidad de trnsito, ni la meteorologa, es decir, asumiendo un determinado nivel de velocidad en funcin de las caractersticas fsicas de la va y su entorno, apreciables por el conductor. Tambin se interpreta la velocidad de operacin como la velocidad a la que se observa que los conductores operan sus vehculos.

3.2 VISIBILIDAD

3.2.1 Principios Una de las caractersticas ms importantes que deber ofrecer el proyecto de una carretera al conductor de un vehculo es la habilidad de ver hacia adelante, tal que le permita realizar una circulacin segura y eficiente. La distancia de visibilidad se define como la longitud continua de carretera que es visible hacia adelante por el conductor de un vehculo que circula por ella. Esta distancia de visibilidad deber ser de suficiente longitud, tal que le permita a los conductores desarrollar la velocidad de diseo y a su vez controlar la velocidad de operacin de sus vehculos ante la realizacin de ciertas maniobras en la carretera, como lo puede ser por la presencia inesperada de un obstculo sobre su carril de circulacin, o el adelantamiento de un vehculo lento en carreteras de dos carriles dos sentidos, o la del cruce con una va secundaria, o el encuentro de dos vehculos que circulan por el mismo carril en sentidos opuestos en carreteras terciarias de calzadas angostas. Por lo anterior, para el proyecto de carreteras, debern tenerse en cuenta cuatro tipos de distancias de visibilidad: * * * * Distancia de visibilidad de parada Distancia de visibilidad de adelantamiento Distancia de visibilidad de cruce Distancia de visibilidad de encuentro

3.2.2 Distancia de visibilidad de parada Se considera como distancia de visibilidad de parada de un determinado punto de una carretera, la distancia necesaria para que el conductor de un vehculo que circula aproximadamente a la velocidad de diseo, pueda detenerlo antes de llegar a un obstculo que aparezca en su trayectoria. La longitud requerida para detener el vehculo en las anteriores condiciones ser la suma de dos distancias: la distancia recorrida durante el tiempo de percepcin y reaccin y la distancia recorrida durante el frenado. La distancia recorrida durante el tiempo de percepcin y reaccin (adoptado en 2.0 segundos para efectos de proyecto) se mide desde el momento en que se hace visible el obstculo hasta el instante en que se aplican los frenos. En esta distancia se supone que el vehculo circula con movimiento uniforme a la velocidad de diseo. La distancia recorrida durante el frenado se mide desde la aplicacin de los frenos hasta el momento en que el vehculo se detiene totalmente, circulando con movimiento uniformemente desacelerado con velocidad inicial igual a la velocidad de diseo. La distancia de visibilidad de parada se calcular mediante la siguiente expresin:

Dp = 0 .556Vd + Donde: Dp Vd fl p

2 Vd 254(fl p )

= distancia de visibilidad de parada, (m) = velocidad de diseo, (km/h) = coeficiente de friccin longitudinal llanta-pavimento = pendiente de la rasante (tanto por uno), + ascenso, - descenso

El coeficiente de friccin longitudinal fl en pavimentos hmedos para diferentes velocidades de diseo se obtendr de la Tabla 3.2.1.Tabla 3.2.1 COEFICIENTES DE FRICCION LONGITUDINAL PARA PAVIMENTOS HUMEDOS

En la Tabla 3.2.2 se presentan los valores recomendados para las distancias mnimas de visibilidad de parada para diferentes velocidades de diseo, para tramos de rasantes a nivel (p=0). Cuando se tengan carreteras con pendientes de rasante con valores absolutos superiores al 3%, tanto en ascenso (+p) como en descenso (-p), se debern realizar las correcciones necesarias a las distancias de visibilidad de parada dadas en la tabla anterior para tramos a nivel.Tabla 3.2.2 DISTANCIAS DE VISIBILIDAD DE PARADA PARA TRAMOS A NIVEL (p=0) SOBRE PAVIMENTOS HUMEDOS

3.2.3 Distancia de visibilidad de adelantamiento Se dice que un tramo de carretera tiene distancia de visibilidad de adelantamiento, cuando la distancia de visibilidad en ese tramo es suficiente para que, en condiciones de seguridad, el conductor de un vehculo pueda adelantar a otro, que circula por el mismo carril a una velocidad menor, sin peligro de interferir con un tercer vehculo que venga en sentido contrario y se haga visible al iniciarse la maniobra de adelantamiento. La distancia de visibilidad de adelantamiento deber considerarse nicamente para carreteras de dos carriles con trnsito en las dos direcciones, donde el adelantamiento se realiza en el carril del sentido opuesto. A efectos de aplicacin del presente criterio, la distancia mnima de visibilidad de adelantamiento, de acuerdo a la Figura 3.2.1, se determinar como la suma de cuatro distancias as: Da = D1 + D2 + D3 + D4 Donde: Da = distancia de visibilidad de adelantamiento, (m) D1 = distancia recorrida durante el tiempo de percepcin y reaccin (2.0 segundos) del conductor que va a efectuar la maniobra, (m) D2 = distancia recorrida por el vehculo adelantante durante el tiempo desde que invade el carril del sentido contrario hasta que regresa a su carril (8.5 segundos, valor experimental), (m) D3 = distancia de seguridad, una vez terminada la maniobra, entre el vehculo adelantante y el vehculo que viene en la direccin opuesta, recorrida durante el tiempo de despeje (2.0 segundos, valor experimental), (m) D4 = distancia recorrida por el vehculo que viene en sentido opuesto (estimada en 2/3 de D2 ), (m)

Vale la pena anotar, que hasta tanto no se hagan oficiales los resultados de las investigaciones que sobre el tema viene adelantando el Instituto Nacional de Vas con las Universidades del Cauca y Pedaggica y Tecnolgica de Colombia, se utilizar como gua para el clculo de la distancia mnima de visibilidad de adelantamiento el esquema bsico seguido por la AASHTO, a excepcin de que la distancia D1 se realiza durante el tiempo de percepcin y reaccin (2.0 segundos) y la distancia D2 se efecta durante 8.5 segundos. La reduccin en este ltimo tiempo, tiene precisamente en cuenta que en la realidad un alto porcentaje de los adelantamientos en Colombia se realizan en menores distancias que la distancia de visibilidad requerida.

Figura 3.2.1 MINIMA DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE ADELANTAMIENTO EN CARRETERAS DE DOS CARRILES DOS SENTIDOS

Por razones de seguridad se supone que la maniobra de adelantamiento se realiza a la velocidad de diseo, y segn lo anterior su distancia mnima deber calcularse mediante la siguiente expresin: Da 5 Vd Donde: Da Vd

= distancia de visibilidad de adelantamiento, (m) = velocidad de diseo, (km/h)

En la Tabla 3.2.3 se presentan los valores mnimos recomendados para la distancia de visibilidad de adelantamiento, calculados con la anterior expresin para carreteras de dos carriles dos sentidos.Tabla 3.2.3 MINIMA DISTANCIA DE VISIBILIDAD CARRETERAS DE DOS CARRILES DOS SENTIDOS DE ADELANTAMIENTO PARA

Se deber procurar obtener la mxima longitud posible en que la visibilidad de adelantamiento sea superior a la mnima de la tabla anterior. Por lo tanto, como norma de diseo se debe proyectar, para carreteras de dos carriles dos sentidos, tramos con distancia de visibilidad de adelantamiento, de manera que en tramos de cinco kilmetros, se tengan varios subtramos de distancia mayor a la mnima especificada, de acuerdo a la velocidad de diseo. En el establecimiento de estos tramos deber tenerse en cuenta la topografa, la velocidad de diseo y el volumen de trnsito futuro o esperado en el ao de diseo. Como una gua en la Tabla 3.2.4, se recomienda la frecuencia con la que se deben presentar las oportunidades de adelantar o el porcentaje mnimo habilitado para adelantamiento en el tramo, de acuerdo a la velocidad de diseo.Tabla 3.2.4 OPORTUNIDADES DE ADELANTAR POR TRAMOS DE CINCO KILOMETROS

3.2.4 Distancia de visibilidad en intersecciones La presencia de intersecciones rurales a nivel, hace que potencialmente se puedan presentar una diversidad de conflictos entre los vehculos que circulan por una y otra va. La posibilidad de que estos conflictos ocurran, puede ser ampliamente reducida mediante la provisin apropiada de distancias de visibilidad de cruce y de dispositivos de control acordes.

Figura 3.2.2 DISTANCIA DE VISIBILIDAD EN INTERSECCIONES, TRIANGULO MINIMO DE VISIBILIDAD

3.3. ALINEAMIENTO HORIZONTAL3.3.7 Criterios generales para el alineamiento horizontal

Los elementos geomtricos de una carretera deben estar convenientemente relacionados, para garantizar una operacin segura, a una velocidad de operacin continua y acorde con las condiciones generales de la va. Lo anterior se logra haciendo que el proyecto sea gobernado por un adecuado valor de velocidad de diseo; y, sobre todo, estableciendo relaciones cmodas entre este valor, la curvatura y el peralte. Se puede considerar entonces que el diseo geomtrico propiamente dicho se inicia cuando se define, dentro de criterios tcnico-econmicos, una velocidad de diseo para el caso. El alineamiento horizontal est constituido por alineamientos rectos, curvas circulares, y curvas de grado de curvatura variable que permiten una transicin suave al pasar de alineamientos rectos a curvas circulares o viceversa o tambin entre dos curvas circulares de curvatura diferente. El alineamiento horizontal debe permitir una operacin suave y segura a la velocidad de diseo. 3.3.1 Alineamientos rectos y curvos Durante el diseo de una carretera nueva se deben evitar tramos en planta con alineamientos rectos demasiado largos. Tales tramos son montonos durante el da, especialmente en zonas donde la temperatura es relativamente alta, y en la noche aumentan el peligro de deslumbramiento, por las luces del vehculo que avanza en sentido opuesto. Es preferible reemplazar grandes alineamientos (superiores a 1.5 km), por curvas amplias de grandes radios (2000 a 10000 m) que obliguen al conductor a modificar suavemente su direccin y mantengan despierta su atencin. Para vas de sentido nico no tiene objeto utilizar radios superiores a 10000 m; pero en el caso de doble va (en ambos sentidos), las condiciones de visibilidad pueden implicar radios superiores. Como elemento de curvatura variable en el desarrollo se utilizar la clotoide, por razones de seguridad, comodidad y esttica. Tanto en la fase de diseo como en la de ejecucin se podrn utilizar los grados sexagesimales o centesimales, aunque en cualquier caso los ltimos presentan una precisin superior.

3.3.1.1 Seccin transversal en recta La Figura 3.3.1. muestra las formas de inclinacin de la seccin transversal de acuerdo con el nmero de carriles, calzadas y la direccin del trnsito, empleadas en un sector recto de carretera. Con el fin de facilitar el drenaje, la inclinacin transversal mnima para capa de rodadura pavimentada es del 2%.Figura 3.3.1 FORMAS DE INCLINACION DE LA SECCION TRANSVERSAL EN UN SECTOR RECTO, EMPLEADAS EN CARRETERAS

Para carreteras convencionales de una calzada y dos carriles, con trnsito en las dos direcciones, se puede disponer de una seccin transversal en forma de techo, tambin llamada bombeo normal, o en casos especiales con inclinacin nica. Si se tiene dos calzadas de dos o tres carriles con separador central, se puede tratar cada calzada en forma independiente dndole a cada calzada la inclinacin ms conveniente, teniendo en cuenta las condiciones de drenaje de la zona. 3.3.1.2 Curvas circulares Las curvas circulares se corresponden con una curvatura constante, la cual es inversamente proporcional al valor del radio. En el diseo de carreteras corresponde a un elemento geomtrico de curvatura rgida. La longitud del arco circular se determina multiplicando el valor del radio y el ngulo de deflexin o de giro del arco circular en radianes (Delta c): Lc = R x c (Radianes) Donde: Lc : Longitud del arco circular, (m)

c : Angulo de giro del arco circular, en radianesR : Radio del arco circular, (m) T = (Tan/2)*R E= (Tan/4)*T

3.3.1.3 Deflexiones menores entre tangentes Para ngulos de deflexin entre dos tangentes menores o iguales a 6, en el caso de que no puedan evitarse, se realizar la unin de las mismas mediante una curva circular, sin clotoides, de radio tal que cumpla con los criterios de la Tabla 3.3.1

Tabla 3.3.1 DEFLEXIONES MENORES ENTRE TANGENTES

3.3.1.4 Entretangencias Se presenta este anlisis, teniendo en cuenta dos situaciones. a. Curvas de distinto Sentido. Considerando el empleo de curvas de transicin, puede prescindirse de tramos de entretangencia rectos. Si el alineamiento se hace con curvas circulares nicamente, la longitud de entretangencia debe satisfacer la mayor de las condiciones dadas por la longitud de transicin, de acuerdo con los valores de pendiente mnima para rampa de peraltes y por espacio recorrido a la velocidad de diseo en un tiempo no menor de 5 segundos. b. Curvas del mismo sentido. Por su misma naturaleza, deben considerarse indeseables en cualquier proyecto de carreteras, por la inseguridad y disminucin de la esttica que representan. Para garantizar la comodidad y seguridad del usuario, la entretangencia para el diseo en terreno ondulado, montaoso y escarpado con espirales, no puede ser menor a 5 segundos y para diseos en terreno plano con arcos circulares, no menor a 15 segundos de la velocidad de diseo. Como por dificultades del terreno, son a veces imposibles de evitar, se debe intentar siempre el reemplazo por una sola.

3.3.2 Peralte El peralte es la inclinacin transversal, en relacin con la horizontal, que se da a la calzada hacia el interior de la curva, para contrarrestar el efecto de la fuerza centrfuga de un vehculo que transita por un alineamiento en curva. Dicha accin est contrarrestada tambin por el rozamiento entre ruedas y pavimento. El anlisis de las fuerzas que actan sobre el vehculo cuando este se mueve alrededor de una curva de radio constante, indica que el peralte mximo est dado por la ecuacin:

e+ f t =donde:

V2 127R

e : Peralte en metros por metro ft : Coeficiente de friccin lateral V : Velocidad del vehculo, (km/h) R : Radio de la curva, (m)

3.3.2.1 Coeficiente de friccin lateral Est determinado por numerosos factores, como estado de las superficies en contacto, velocidad del vehculo, presin de inflado etc. Sobre la determinacin de valores prcticos para diseo se han realizado innumerables pruebas por parte de diferentes organizaciones, las cuales han llegado a algunas conclusiones: - El coeficiente de friccin es bajo para velocidades altas.

- Se adoptan los coeficientes de friccin lateral, dados en la tabla 3.3.2.Tabla 3.3.2 COEFICIENTES DE FRICCION LATERAL

3.3.2.2 Valor mximo del peralte Para carreteras de tipo rural se fija un peralte mximo de 0.08, el cual permite mantener aceptables velocidades especficas y no incomodar a vehculos que viajan a velocidades menores. 3.3.2.3 Radios mnimos absolutos Los radios mnimos absolutos para esta velocidad de diseo, calculados con el criterio de seguridad ante el deslizamiento, estn dados por la expresin:

Rm =donde:

V2 127(e max + f max)

Rm : Radio mnimo absoluto, (m) V : Velocidad especfica, (km/h) e mx: Peralte mximo asociado a V, en tanto por uno f mx: Coeficiente de friccin lateral mximo, asociado a V. La tabla 3.3.3 condensa los radios mnimos absolutos para las velocidades especficas indicadas; y slo podrn ser usados en situaciones extremas, deber evitarse su incorporacin sorpresiva en tramos que superan las caractersticas mnimas, solamente se deben usar para situaciones extremas.

Tabla 3.3.3 RADIOS MINIMOS ABSOLUTOS

Normalmente resultan justificados radios superiores al mnimo, con peraltes inferiores al mximo, que resultan ms cmodos tanto para los vehculos lentos (disminuyendo la incidencia de ft negativos), como para vehculos rpidos (que necesitan menores ft). Si se decide emplear radios mayores que el mnimo, habr que elegir el peralte en forma tal que la circulacin sea cmoda, tanto para los vehculos lentos como para los rpidos.

3.3.2.4 Relacin del peralte, radio y velocidad especfica La figura 3.3.2 permite obtener el peralte y el radio para una curva que se desea disear para una velocidad especfica determinada. El uso del baco establece una relacin nica entre los elementos de diseo: radio, peralte y velocidad, con la cual se obtendr diseos cmodos y seguros. Igualmente permite establecer el peralte y la velocidad especfica para una curva que se desea disear con un radio dado.

Figura 3.3.2 RELACION PERALTE-RADIO Y VELOCIDAD-RADIO

Para curvas con radio comprendido entre 30 metros y 170 metros, el peralte deber ser del 8% con variacin de velocidad especfica entre 30 y 70 km/h respectivamente. Para valores mayores del radio, el peralte se deduce de acuerdo con la ecuacin de equilibrio que relaciona el radio, el peralte, la friccin transversal y la velocidad especfica. Las curvas con radio comprendido entre 4000 y 7000 metros, tendrn el 2% de peralte y una velocidad especfica de 150 km/h. Existen curvas de radio amplio mayores a 7000 metros las cuales no requieren peralte, es decir la seccin transversal corresponde al bombeo normal con inclinacin transversal del 2%.

3.3.2.5 Transicin del peralte Las longitudes de transicin, se consideran a partir del punto donde el borde exterior del pavimento comienza a levantarse, partiendo de un bombeo normal, hasta el punto donde se conforma el peralte total para cada curva, la longitud de transicin para terrenos ondulado, montaoso y escarpado corresponde a la longitud de la espiral ms la distancia requerida, de acuerdo con la pendiente de la rampa de peraltes, para levantar el borde externo del bombeo normal a la nivelacin con el eje. Para terrenos planos con uso de espirales cuyo radio y longitud sea alto, la longitud de transicin puede ser igual a la longitud de la espiral. .

3.3.2.6 Desarrollo del peralte Para el desarrollo del peralte se tiene tres metodos: - Girando el pavimento de la calzada al rededor de su lnea central, el ms empleado, que permite un desarrollo ms armnico y provoca menor distorsin de los bordes de la corona. - Girando el pavimento alrededor de su borde interior, cuando, si se peralta alrededor del eje central, se produce una depresin acentuada de su cuneta interior, para mejorar la visibilidad de la curva; o para evitar dificultades en el drenaje superficial de la carretera, en secciones en corte. - Girando el pavimento alrededor de su borde exterior, cuando se quiere destacar la apariencia del trazado. En las curvas circulares, con tramos sin espiral, la transicin del peralte se desarrolla una parte en la tangente y la otra en la curva, exigindose en el PC y en el PT de la misma entre un 60% y un 80% del peralte total, prefirindose valores promedios de este intervalo.

3.3.2.7 Longitud de transicin Lla Figura 3.3.5 indica la longitud de transicin, con respecto a la ubicacin de los puntos principales TE y EC, la cual se establece mediante la relacin: Lt = Le + X (m) Donde: Lt : Longitud de transicin, (m) Le : Longitud de espiral, (m) X : Longitud de desarrollo del bombeo normal, (m).

Figura 3.3.5 DESARROLLO DEL PERALTE

3.3.2.8 Rampa de peraltes Se define la rampa de peraltes, como la diferencia relativa que existe entre la inclinacin del eje longitudinal de la calzada y la inclinacin del borde de la misma, y se determina por:

s =

ef ei xa L

Donde: s : Inclinacin longitudinal de la rampa de peraltes, (%) L : Longitud del tramo correspondiente, (m) ef: Peralte al finalizar el tramo, (%) ei: Peralte al iniciar el tramo, (%) a: Distancia del eje de giro al borde de la calzada La tabla 3.3.4 presenta los valores mximos y mnimos de la pendiente longitudinal para la rampa de peraltes. La pendiente mnima, est determinada, para cualquier velocidad de diseo como la dcima parte de la distancia entre el eje de giro y el borde de la calzada, figura 3.3.5.

Tabla 3.3.4 VALORES MAXIMOS Y MINIMOS DE LA PENDIENTE LONGITUDINAL PARA RAMPAS DE PERALTES

3.3.2.10 Desarrollo del peralte con separador central En el diseo de carreteras de doble calzada, la inclusin de un separador en la seccin transversal afecta en cierta forma el tratamiento del desarrollo del peralte. De acuerdo con la Figura 3.3.9. existen tres mtodos generales del desarrollo de peraltes, dependiendo del ancho del separador y de la seccin transversal, stos son: - Mtodo A: La totalidad de la va incluyendo el separador, es peraltado como una seccin plana, ver Caso 2 Figura 3.3.9. - Mtodo B: El separador es mantenido en un plano horizontal y los dos pavimentos en forma separada son rotados alrededor de los bordes del separador, ver Caso 3 Figura 3.3.9. - Mtodo C: Para el desarrollo del peralte, las calzadas son tratadas en forma separada, con una diferencia variable en la elevacin de los bordes del separador central, ver Caso 4 Figura 3.3.9.Figura 3.3.9 GIRO DE LOS BORDES RESPECTO A SU EJE

3.3.2.11 Curvas amplias que no requieren peralte Las curvas horizontales amplias no requieren peralte; el trnsito que entra a una curva tiene algn peralte en la seccin de bombeo normal, mientras que el trnsito en direccin contraria, tiene un peralte que resulta adverso o negativo. En estos casos, la friccin lateral requerida para contrarrestar la fuerza centrfuga, es pequea y el peralte es negativo; de cualquier forma una pendiente nica transversal positiva es deseable para llegar a contrarrestar mejor la fuerza centrfuga. La determinacin de la mnima curvatura para la cual se requiere peralte, o de otra forma, la mxima curvatura para la cual la seccin transversal con bombeo normal es adecuada, constituye una forma de control aplicable a todas las velocidades de diseo. Cuando se usa este mtodo, se debe asegurar que la seccin transversal sea suficiente para proveer un buen drenaje y as reducir la posibilidad de que los vehculos puedan patinar sobre el piso hmedo. La figura 3.3.2 muestra en la relacin peralte vs radio, que en curvas con radios superiores o iguales a 7000 metros, la seccin transversal en la curva corresponde al bombeo normal.

3.3.3 Sobreancho de la calzada La calzada en algunas curvas es a veces ensanchada, para que las condiciones de operacin de los vehculos en ella, sean iguales a las encontradas en la tangente, tal ensanchamiento se denomina sobreancho. Este es necesario para ciertas curvas, debido a que los vehculos ocupan un ancho mayor, cuando transitan sobre el sector curvo, ya que las ruedas traseras siguen una trayectoria diferente, hacia el interior de la curva con respecto a las ruedas delanteras, debido a la rigidez y geometra del vehculo, lo que ocasiona dificultad a los conductores para mantener el vehculo en el carril

3.3.4.2 Otros aspectos por considerar - Las curvas deben proyectarse con amplia visibilidad, de acuerdo con el tipo de servicio que debe prestar la carretera, segn su clasificacin. Esto se consigue fcilmente en terrenos planos, sin mayor incidencia en los costos de la va. - En terrenos montaosos, garantizar una buena visibilidad exige, a menudo, fuertes inversiones, pero un estudio llevado con acierto debe conducir a considerable mejoramiento de las curvas, siguiendo al mximo la topografa de la zona. - En zonas donde no pueden eliminarse los objetos, para garantizar una visibilidad adecuada, es inevitable limitar la velocidad. - En carreteras de dos carriles, si no se puede despejar la zona para que las curvas tengan la visibilidad requerida, se deben establecer restricciones al adelantamiento en curva y mitigar con sealizacin.

3.3.5 Curvas de transicin En un diseo donde se utilizan elementos geomtricos rgidos como la lnea recta y los arcos circulares, cualquier mvil que entre en una curva horizontal o salga de la misma, experimenta un cambio brusco debido al incremento o disminucin de la fuerza centrfuga, que se efecta en forma instantnea, lo que produce incomodidad en el usuario. El conductor sigue generalmente un camino conveniente de transicin, lo que puede originar la ocupacin de una parte del carril adyacente, cuando se inicia el recorrido de la curva, lo que representa un peligro si el carril aledao es para trnsito de sentido contrario. Salvo cuando se tienen curvas de radios grandes, donde tambin se pueden usar pero no es estrictamente necesario, lo indicado es emplear las curvas de transicin. Son las curvas de transicin alineaciones de curvatura variable con su recorrido; y su objeto es suavizar las discontinuidades de la curvatura y el peralte. Se evita con ellas, por tanto, un cambio brusco de la aceleracin radial, y en el control de la direccin del vehculo; y se dispone de longitudes suficientes, que permiten establecer un peralte y un sobreancho adecuados, modificar el ancho de la calzada y realzar la esttica de la va.

3.3.5.1 Tipos de espirales Durante el proceso de desarrollo de nuevas tecnologas aplicadas al diseo de carreteras en pases europeos, se han utilizado especialmente tres tipos de espirales; las que se describen as: - Clotoide o Espiral de Euler, cuya expresin ms simple es: RxL=A2

3.3.5.2 La clotoide Corresponde a la espiral con ms uso en el diseo de carreteras, sus bondades con respecto a otros elementos geomtricos curvos, permiten obtener carreteras cmodas, seguras y estticas. Las principales ventajas de las espirales en alineamientos horizontales son las siguientes: - Una curva espiral diseada apropiadamente proporciona una trayectoria natural y fcil de seguir por los conductores, de tal manera que la fuerza centrfuga crece o decrece gradualmente, a medida que el vehculo entra o sale de una curva horizontal. - La longitud de la espiral se emplea para realizar la transicin del peralte y la del sobreancho entre la seccin transversal en lnea recta y la seccin transversal completamente peraltada y con sobreancho de la curva. - El desarrollo del peralte se hace en forma progresiva, con lo que se consigue que la pendiente transversal de la calzada sea, en cada punto, la que corresponde al respectivo radio de curvatura.

- La flexibilidad de la clotoide y las muchas combinaciones del radio con la longitud, permiten la adaptacin a la topografa, y en la mayora de los casos la disminucin del movimiento de tierras, para obtener trazados ms econmicos. Con el empleo de las espirales en autopistas y carreteras, se mejora considerablemente la apariencia en relacin con curvas circulares nicamente. En efecto, mediante la aplicacin de espirales se suprimen las discontinuidades notorias al comienzo y al final de la curva circular (tngase en cuenta que slo se utiliza la parte inicial de la espiral), la cual se distorsiona por el desarrollo del peralte, lo que es de gran ventaja tambin en el mejoramiento de carreteras existentes.

Ecuaciones paramtricas La clotoide se puede definir como una curva tal que su radio es inversamente proporcional a su longitud. Su ecuacin intrnseca es:

LR = A2 , entonces L =

A2 R

Donde: L : Longitud desde el origen a los puntos indicados, (m) : Radios en los puntos indicados, (m) R : Parmetro de la clotoide, (m) A Parmetro A a. Consideraciones generales - Por definicin, en las clotoides la curvatura vara gradualmente desde cero (0) en la tangente, hasta un valor mximo correspondiente al de la curva circular espiralizada, ya que el radio de la curva, en cualquier punto de la espiral, vara con la distancia desarrollada a lo largo de la misma, manteniendo su parmetro A constante. Es decir, an cuando el radio y la longitud de los distintos puntos de la clotoide tienen diferentes valores, estos estn ligados entre s, de modo que su producto es un valor constante, pudindose fcilmente calcular uno de ellos cuando se conoce el valor del otro; - Las clotoides de parmetro A grande, aumentan lentamente su curvatura y, por consiguiente, son aptas para la marcha rpida de los vehculos. Las espirales de parmetro A pequeo aumentan rpidamente su curvatura y, por consiguiente, se utilizan para velocidades de marcha reducida; - El parmetro A, al fijar el tamao de la clotoide, fija la relacin entre R (radio), L (longitud) y q (ngulo central de la espiral). b. Clculo Si en la frmula A2=RL hacemos R=L, entonces: A = R = L, y el punto en que tal cosa ocurre es el punto paramtrico de la clotoide, punto en el cual el radio de curvatura y la longitud del arco desde el origen son iguales. En el punto paramtrico corresponde un

arco entre las tangentes de 283852.

3.3.5.3 Angulo de giro de la espiral clotoide Si A= RL; R= A/L. De la Figura 3.3.15:

Rde = dL , de =

dL = R

LdL A2 A2 = 2 R2 L 2R

0

d =

0

L

LdL ; e = A2

L2 L2 = 0.5 2 = 2 A2 A

L = 2 Re( rad. )Ecuaciones paramtricas Deduccin

e = L/2A y de la figura 3.3.15.

dL = Rde ; dx = dL cose; dy = dLsene A2 de ; y L cose de =sene de =

Entonces, dL = Rde = A2 LA2 L

dx = dL cose =dy = dLsene =

A cose d e ; y 2eA sene d e ; asimismo 2e A 2

X=

A 2

0

cose de (1) ; e

Y=

0

sen e de (2) e

(1) y (2) son las ecuaciones paramtricas de la clotoide. Clculo Por series:

cos = 1 -

22!

+

44!

-

66!

+

88!

.......

sen =

33!

+

55!

-

77!

+

99!

.......

Con lo que las ecuaciones (1) y (2) quedaran como se indica:

cos e d e = 2 e

e (1 -

e5x2!

2

+

4 e

9x4!

-

e

6

13x6!

+

e

8

17x8!

....... )

0

sen e d e = 2 e

e (

3

-

e

3

7x3!

+

5 e

11x5!

-

7 e

15x7!

+

9 e

19x9!

....... )

X= A

2 e (1 -

2 e

5x2!

+

4 e

9x4!

..... ) ;

Y= A

2e (

3

-

3 e

7x3!

+

5 e

11x5!

..... ) ; o finalmente:

Donde e se mide en radianes. El clculo de X y de Y se puede obtener por computadores (u ordenadores) o en calculadoras programables o mediante tablas que requieren interpolar valores.

X= A

2e (1 -

2 e

10

+

4 e

216

-

e

6

9360

....... ) (3)

Y= A

2e (

3

-

e42

3

+

e

5

1320

-

7 e

75600

....... ) (4)

Figura 3.3.15 RELACION DE LONGITUD L Y COORDENADAS X, Y

3.3.5.4 Elementos de la espiral clotoide Los elementos de la clotoide (ver Figura 3.3.16) pueden determinarse utilizando las siguientes expresiones matemticas: - Longitud de la curva espiralLe = A2 = 2e R = A 2e ; e en radianes. R

- Coordenadas en cualquier punto de la espiral

2 4 6 8 1- e + e - e + e , donde e en radianes; de la misma forma X = Le 5x 2 ! 9 x 4 ! 13x 6 ! 17 x8 !

4 8 12 Le Le L e 1X = Le + (5 C 2 )2! (9 c4 )4! (13 C6 )6!

, donde C = constante 2 A 2

3 5 7 e - e + e - e Y = Le 3 7 x 3! 11x5! 15x 7 !

, donde e en radianes; de la misma forma :

6 10 14 2 Le Le Le Le + Y = Le 3C (7 C 3 )3! (11 C 5 )5! (15 C7 )7!

, donde C = constante 2 A 2

- Disloque de la espiral R = Y + R (cos e- 1) - Longitud de abscisa media XM = X - R sen e - Longitud de la tangente largaTL= X Y tan e

-Longitud de la tangente corta

Tc =

Y sene

- Longitud de la tangente del sistema de empalme

T e = XM + tan

(R + R) 2

- Longitud de la externa o bisectriz del sistema de empalme

Ee =.

R + R -R cos 2

- Angulo de la cuerda larga de la espiral

= arctan(

Y ) X

- Cuerda de la espiral

CL =

X 2+Y2

La Figura 3.3.17, muestra la localizacin de cada uno de los elementos geomtrico de un empalme espiral- crculo - espiral.Figura 3.3.16 CALCULO DE OTROS ELEMENTOS GEOMETRICOS

Figura 3.3.17 ELEMENTOS GEOMETRICOS DE LA ESPIRAL CLOTOIDE

3.3.5.5 Consideraciones adicionales sobre el clculo de elementos En un empalme simtrico de clotoide y clotoide, se pueden determinar todos los

elementos geomtricos de la espiral partiendo de la externa (Ee) y del ngulo de deflexin (); mediante las siguientes expresiones:

Y = E e cose ; donde

= e 2

L=

Y

e3

-

e

3

7x3!

+

e511x5!

-

e715x7!

Los elementos geomtricos restantes se determinan por las expresiones matemticas antes enunciadas. En un empalme de clotoide-crculo-clotoide por ejemplo, podemos determinar algunos puntos, ngulos, longitudes de arco y longitudes de tangente que caracterizan ese tipo de unin o empalme. La Figura 3.3.17 muestra cada uno de estos elementos y su relacin grfica con los dems, lo que facilita su identificacin y aplicacin en el diseo, y se debe adems utilizar en todos los informes y dems documentos en los cuales la espiral clotoide tenga aplicacin. Los valores de R y XM , se pueden determinar en funcin del ngulo de giro e, y del radio R; as:

4 6 8 R e2 = e + e e ... R 3x 2! 7 x4!! 11x6! 15x8! 3 5 7 XM = e e + e e ... R 5x3! 9 x5! 13x 7! 3.3.5.6 Elementos de clculo para localizar una espiral clotoide Las coordenadas x e y de un plano cartesiano con origen en el TE o ET, estn dadas por las siguientes frmulas:

L4 L8 L12 + x = L 1- 2 5C x 2 ! 9C 4 x 4 ! 13C 6 x 6! L6 L10 L14 L2 + y = L 3C 7C 3 x 3! 11C 5 x5! 15C 7 x 7 !sustituyendo C= 2 A2

L4 L8 L12 + x = L 1 ; dividiendo por A los dos miembros 2 )4 2 )6 2 )2 5( 2 A 2 ! 9( 2 A 4 ! 13( 2 A 6! de la igualdad.4 8 12 L L L A A A x L 1 = + A A 5 x2 2 x 2 ! 9 x 2 4 x 4 ! 13x 2 6 x 6!

haciendo =

L , podemos determinar x A

5 9 13 x = A + 2 4 6 5 x2 x 2 ! 9 x2 x 4 ! 13 x2 x 6!Donde: x : Corresponde a la coordenada sobre el eje X para cada estacin medida a partir del origen TE o del punto ET, (m). A : Parmetro de la espiral clotoide por localizar, (m). : Relacin entre, la longitud absoluta por el arco de la clotoide que se desea localizar L y el parmetro A;

=

L (adimensional) A

De igual forma para y,L6 L10 L14 L2 + y = L 3C 7C 3 x 3! 11C 5 x5! 15C 7 x 7 !2

y sustituyendo C = 2A L2 L6 L10 L14 y = L + 3 5 ( 2 A 2 ) 3! 11( 2 A 2 ) 5! 15( 2 A 2 ) 7 7 ! 3( 2 A 2 ) 7 L 2 y L A = A A 3x2 7 6 10 14 L L L A A A + x 2 3 x 3! 11 x 2 5 x5! 15x 2 7 x7!

haciendo =

L , podemos determinar y A

Determinacin del valor y para un punto arbitrario cualquiera sobre el eje Y

7 11 15 3 y = A + 3 x 2 7 x 2 3 x 3! 11 x 2 5 x5! 15 x 2 7 x 7 !Donde: y : Corresponde a la coordenada sobre el eje Y, para cada estacin medida a partir origen TE o del punto ET. A : Parmetro de la espiral clotoide por localizar. : Relacin entre la longitud absoluta del arco de la clotoide que se L y el parmetro A, (adimensional). desea localizar

3.3.5.7 Valores lmite en el diseo de una espiral clotoide Las bondades del arco de transicin denominado Clotoide, en comparacin con el empleo del arco circular, son evidentes, cuando en el diseo se utilizan los siguientes valores lmite, como una medida de mantener condiciones geomtricas y dinmicas de conduccin aceptables: a. Determinacin del parmetro mnimo de la clotoide, A min. El parmetro mnimo de la clotoide, se establece con base en el estudio y anlisis de tres criterios relacionados, con la comodidad y seguridad del usuario de la va. El valor del parmetro de diseo, se tomar de acuerdo con la envolvente superior de los valores determinados para cada uno de los criterios establecidos. La tabla 3.3.7 establece los valores obtenidos en el desarrollo de cada criterio, para cada uno de los radios de diseo, teniendo en cuenta la velocidad especfica. As mismo, los valores seleccionados de acuerdo con la envolvente superior, los cuales se presentan en forma grfica sobre un plano cartesiano en la Figura 3.3.18.

Tabla 3.3.7 DETERMINACION DEL PARAMETRO MINIMO (Amin)

Figura 3.3.18 VALOR DEL PARAMETRO MINIMO CON RELACION AL RADIO PARA CARRIL = 3.65m

- Criterio I. Variacin uniforme de la fuerza centrfuga (J), no compensada por el peralte; su valor se determina mediante la siguiente relacin:

Amin =

VexR 46.656 xJ

Ve 2 R 1.27(e)

Donde: Amin Ve R J e : : : : : Parmetro mnimo, (m) Velocidad especfica, (km/h) Radio de clculo de la clotoide, (m). Variacin de la aceleracin centrfuga, en m /s3 Peralte de la curva, (%).

Se adoptan para J, los valores especficos dados en la tabla 3.3.6.Tabla 3.3.6 VARIACION DE LA ACELERACION CENTRIFUGA

- Criterio II. Limitacin por transicin del peralte, en la determinacin de los valores del parmetro mnimo, se tendr en cuenta la inclinacin mxima permitida de la rampa de peraltes (?s), ver tabla 3.3.4. As mismo, la distancia del eje de giro al borde de calzada (a), la cual toma valores de 3.00, 3.30, 3.50 y de 3.65 metros.

Amin =Donde: A min R e a s :

Rx

exa s

: Parmetro mnimo, (m). : Radio de Clculo de la clotoide, (m). : Peralte de la curva, (%). : Distancia del eje de giro al borde de la calzada, (m). Inclinacin de la rampa de peraltes, (%).

- Criterio III. Condicin de percepcin y de esttica, la longitud de la curva de transicin ha de ser suficiente para que se perciba de forma clara el cambio de curvatura, orientando adecuadamente al conductor y creando alineamientos armoniosos. Para ello, es necesario que se cumplan los siguientes requisitos: - Criterio III.1. Se asume el disloque mnimo de 0.25 m.

Amin ( 24 xRxR 3 )Donde:

1/ 4

3 ; Amin ( 6 xR )

1/ 4

A min : Parmetro mnimo, (m). R : Disloque de la clotoide, (m). R : Radio de clculo de la clotoide, (m). - Criterio III.2. Angulo de giro de la espiral mnimo de 3 grados

e =

L 3 = 0.05236radianes 2 xR

Lmin 010472 xR .Luego:

Amin RxL = 0.3236 xRDonde: Amin R L e : : Parmetro mnimo, (m). : Radio de clculo de la clotoide, (m). : Longitud de la clotoide, (m). Angulo de giro de la espiral

3.4 ALINEAMIENTO VERTICAL3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.4.1 3.4.4.2 3.4.4.3 3.4.4.4 3.4.4.5 Generalidades Pendientes Carriles de ascenso Curvas verticales Elementos y ecuaciones de las curvas verticales Casos especiales Distancias de visibilidad en curvas verticales Controles de diseo de la curva vertical Criterios generales para el alineamiento vertical

3.4.1 Generalidades El alineamiento vertical est formado por la rasante, constituida por una serie de rectas enlazadas por arcos verticales parablicos, a los cuales dichas rectas son tangentes. La inclinacin de la rasante depende principalmente de la topografa de la zona que atraviesa, del alineamiento horizontal, de la visibilidad, de la velocidad del proyecto, de los costos de construccin, de los costos de operacin, del porcentaje de vehculos pesados y de su rendimiento en rampas. Tan importante como para el alineamiento horizontal, es determinante en el alineamiento vertical el relieve del terreno, con el objeto de no encarecer los costos de construccin y operacin. Por tal razn: En terreno plano, el alineamiento sigue la topografa, exigiendo especial nfasis en el drenaje; En terreno ondulado, en general las rasantes son onduladas; En terreno montaoso, el alineamiento est condicionado por las restricciones y condiciones topogrficas; En los terrenos escarpados, el alineamiento vertical est definido, por las divisorias de aguas. El alineamiento vertical y el alineamiento horizontal deben ser consistentes y balanceados, en forma tal que los parmetros del primero correspondan y sean congruentes con los del alineamiento horizontal. Lo ideal es la obtencin de rasantes largas con un ajuste ptimo de curvas verticales y curvas horizontales a las condiciones del trnsito y a las caractersticas del terreno.

3.4.2 Pendientes La pendiente gobernadora es la pendiente media que tericamente puede darse a la lnea de subrasante para vencer un desnivel determinado, en funcin de las caractersticas del trnsito y la configuracin del terreno; la mejor pendiente gobernadora para cada caso, ser aquella que al conjugar estos conceptos, permita obtener el menor costo de construccin, conservacin y operacin. Sirve de gua a la serie de pendientes que se deban proyectar para ajustarse en lo posible al terreno. En el Captulo I, se han definido las carreteras tpicas, segn las clases de terreno (plano,

ondulado, montaoso y escarpado), y en la Seccin 3.1.3.1, las velocidades de diseo segn tipo de carretera y tipo de terreno. A continuacin, en la Tabla 3.4.1 se incluyen las pendientes mximas recomendadas a utilizar: Respecto a valores mnimos para pendiente longitudinal, stos estn determinados por las condiciones de drenaje. De todas maneras, la inclinacin de la lnea de mxima pendiente en cualquier punto de la calzada no ser menor que 0.5%; salvo justificacin, no se proyectarn longitudes de rampas o pendientes cuya distancia de recorrido a la velocidad de diseo sea inferior a 10 segundos, dicha longitud se medir entre vrtices contiguos.

Tabla 3.4.1 RELACION ENTRE PENDIENTE MAXIMA (%) Y VELOCIDAD DE DISEO

Para que el diseo sea completo, adems del porcentaje de pendiente es necesario estudiar su longitud. Se introduce aqu el concepto de Longitud Crtica de una Pendiente, definida como la mxima longitud en rampa (subida) sobre la cual un camin cargado puede operar sin ver reducida su velocidad por debajo de un valor prefijado. Para establecer stos valores es necesario considerar los siguientes aspectos: - Relacin peso/potencia de los vehculos pesados. - Pendiente ptima para stos vehculos. - Velocidad con la cual se inicia el ascenso; y - Velocidad mnima aceptada en la pendiente. Todos estos factores son variables y dependen del tipo de vehculo predominante, de la velocidad de diseo, de la carretera, y de las velocidades de operacin aceptadas. Las Figuras 3.4.1 y 3.4.2 muestran los valores de longitud crtica de pendiente para valores de reduccin de velocidad de 8, 15 y 25 km/h y camiones pesados de 300 lb/HP y 200 lb/HP respectivamente. El camin pesado tpico de la Figura 3.4.2 se puede tomar como el camin promedio, mientras que el camin pesado tpico de la Figura 3.4.1 correspondera al camin ms pesado que se produce en el pas.

Para la determinacin de la longitud crtica de la pendiente, se ha considerado como base el valor de la reduccin de la velocidad de los vehculos pesados que est por debajo de la velocidad promedio de operacin. Se considera que la longitud crtica es aquella que ocasiona una reduccin de 25 kilmetros por hora en la velocidad de operacin. Con el propsito de simplificar el concepto de "Longitud Crtica de una Pendiente", se definir sta como la distancia horizontal medida desde el comienzo de una pendiente, necesaria para lograr una altura de 15 m respecto al mismo origen. Este concepto, aparentemente independiente de la velocidad de diseo y de los dems factores ya enumerados, cubre la mayora de los casos presentados. Para proyectos de carreteras en los cuales se supere la Longitud Crtica y de Trnsito Promedio Diario superior a 1000 vehculos, ser necesario, por efectos de capacidad y nivel de servicio, estudiar la posibilidad de construir " vas lentas o carriles adicionales o carriles para trnsito lento, contra la de buscar un mejor desarrollo u otras; la condicin econmica ms favorable fijar el camino a seguir. El criterio anteriormente presentado sobre "Longitud Crtica de una Pendiente", slo podr ser aplicado a pendientes superiores al 3%, considerndose que las pendientes inferiores a este valor no la tienen.

Figura 3.4.1 LONGITUD CRITICA DE PENDIENTE ASUMIDA PARA UN CAMION PESADO TIPICO DE 300 lb/HP O 135 kg/CV

Figura 3.4.2 LONGITUD CRITICA DE PENDIENTE ASUMIDA PARA UN CAMION PESADO TIPICO DE 200 lb/HP O 90 kg/CV

3.4.3 Carriles de ascenso La libertad de operacin para carreteras de dos carriles, adems de ser gobernada por la extensin y frecuencia de secciones de paso, se afecta adversamente por la operacin del trnsito de camiones, sobre pendientes de longitud tal que se traducen en velocidades que pueden obstaculizar a los vehculos precedentes y determinar su velocidad, por tanta mayor razn por cuanto puede haber, adems, restricciones en la distancia de visibilidad. Obviamente, se afecta el nivel de servicio, y aumentan los costos de operacin. Los vehculos livianos no se ven influenciados, por lo general, por rampas (pendientes ascendentes) inferiores al 7%; pero los vehculos pesados, si existen rampas de ms de 3% y son largas, vern su velocidad muy disminuda. En los casos descritos anteriormente, es deseable proporcionar un carril de ascenso, en una va de dos carriles, cuando se exceda la longitud crtica de subida, por ejemplo, donde la longitud de la pendiente cause una reduccin de velocidad de 25 km/h o ms en la velocidad de operacin de los camiones cargados, supuesto que el volumen de trnsito y el porcentaje de camiones justifiquen el costo adicional que ello implica, como puede apreciarse en la Tabla 3.4.2 y en la Figura 3.4.3.

Tabla 3.4.2 VOLUMENES MINIMOS DE TRANSITO PARA CONSIDERACION DE CARRILES DE ASCENSO EN PENDIENTES PARA VARIOS PORCENTAJES DE CAMIONES DE DOBLE LLANTA

Figura 3.4.3 RAMPA

DISMINUCION DE LA VELOCIDAD DE UN CAMION TIPO EN UNA

La seccin de una va con un carril de ascenso no debe considerarse como una va de tres carriles, sino como una carretera de dos carriles con un carril adicional para vehculos que marchan lentamente cuesta arriba, de tal manera que los vehculos que utilizan el carril derecho adyacente a la va no se retrasen. La Tabla 3.4.2 muestra tambin los volmenes mnimos de diseo horario para los cuales se consideran carriles de ascenso para una "Serie Tpica" de condiciones sobre vas de dos carriles. Hay envueltas variables, sin embargo, que difcilmente se pueden describir como tpicas; y por esto se recomienda un anlisis taxativo detallado, cuando se trate de construir carriles de ascenso, teniendo en cuenta los siguientes aspectos: Un carril de ascenso puede introducirse como una alternativa ms efectiva de costo, para mantener una pendiente y aumentar la velocidad; Los beneficios derivados de la previsin de un carril de ascenso crecen, porque los vehculos ms atrasados pueden avanzar ms fcilmente, lo que resulta en acortamiento de los tiempos de viaje y reduccin en los costos de operacin de los vehculos. Los beneficios aumentarn considerando incrementos en las pendientes, longitud de la pendiente, flujo de trnsito, proporcin de camiones y reduccin de las oportunidades de paso. El efecto de un carril de ascenso en la eliminacin de colas de vehculos, a las que contribuye el movimiento lento de camiones, continuar por alguna distancia a lo largo de la va; Los efectos de un carril de ascenso sobre la velocidad media de operacin de la corriente del trnsito, se han estimado con un modelo de simulacin, como el que se muestra en la Figura 3.4.4. Esta velocidad media de operacin podra ser usada con valores de tiempo de viaje econmicos y los costos adicionales de construccin para estimar las tasas de retorno de las alternativas y habilitar la solucin ms efectiva de costos. El carril de ascenso puede ser una solucin econmica que difiera en el tiempo, la necesidad de construir una segunda calzada o convertir una va de dos carriles en

-

-

-

-

una carretera desdoblada. En la Figura 3.4.5 se suministran algunos criterios elementales de diseo para un carril de ascenso. Si la velocidad media del trnsito liviano disminuye del valor indicado en la Tabla 3.4.3 se puede pensar en la posibilidad de utilizar un carril de ascenso.

Tabla 3.4.3 CRITERIO PARA EL ESTABLECIMIENTO DE UN CARRIL DE ASCENSO EN CARRETERAS

Figura 3.4.4 INCREMENTOS DE LA VELOCIDAD CON CARRILES DE ASCENSO

Figura 3.4.5 CARRIL DE ASCENSO

Sin perjuicio de lo que el anlisis detallado de rdenes tcnico y econmico establezca, en general no suelen ser necesarias vas lentas cuando el TPD es inferior 1000 vehculos por da y la inclinacin de la rasante no pasa del 4%. La longitud mnima de un carril de ascenso debe corresponder a un tiempo de recorrido de unos 18 segundos, a la velocidad de proyecto, sin bajar de 300 m. Su principio suele situarse en el punto en que la velocidad del vehculo pesado tipo ha

-

-

disminuido en 25 km/h. Como se anot en la Seccin 3.4.2, hablando de "Longitud Crtica", existe una medida a partir de la cual puede ser necesario disponer de un carril de ascenso 15 m de desnivel que, superados, lo imponen, al menos en forma tentativa. Como mnimo, el ancho del carril debe tener 3.00 m pero preferiblemente el del carril adyacente. La berma preferentemente debera tener el ancho adoptado en la seccin transversal de la va, pero en carreteras existentes puede tener 1.20 m. El carril de ascenso est precedido y seguido por dos longitudes de transicin, cuyos valores mnimos pueden ser de 45 m y de 60 a 90 m respectivamente. Los carriles de ascenso deben ser claramente sealizados, como una ayuda circunstancial al trnsito y no como la transformacin de una carretera de dos carriles en una de tres carriles.

3.4.4 Curvas verticales Las curvas verticales son las que enlazan dos tangentes consecutivas del alineamiento vertical, para que en su longitud se efecte el paso gradual de la pendiente de la tangente de entrada a la de la tangente de salida. Deben dar por resultado una va de operacin segura y confortable, apariencia agradable y con caractersticas de drenaje adecuadas. El punto comn de una tangente y una curva vertical en el origen de sta , se representa como PCV y como PTV el punto comn de la tangente y la curva al final de sta. Al punto de interseccin de dos tangentes consecutivas se le denomina PIV, y a la diferencia algebraica de pendientes en ese punto se le representa por la letra A. Las curvas verticales pueden ser cncavas o convexas, como se indica en la Figura 3.4.6. Para una operacin segura de los vehculos al circular sobre curvas verticales, especialmente si son convexas, deben obtenerse distancias de visibilidad adecuadas, como mnimo iguales a la de parada. Debido a los efectos dinmicos, para que exista comodidad es necesario que la variacin de pendiente sea gradual, situacin que resulta ms crtica en las curvas cncavas, por actuar las fuerzas de gravedad y centrfuga en la misma direccin. Debe tambin tenerse en cuenta el aspecto esttico, puesto que las curvas demasiado cortas pueden llegar a dar la sensacin de quiebre repentino, hecho que produce cierta incomodidad.

Figura 3.4.6 TIPOS DE CURVAS VERTICALES

3.4.4.1 Elementos y ecuaciones de las curvas verticales La curva vertical recomendada es la parbola cuadrtica, cuyos elementos principales y expresiones matemticas se incluyen a continuacin, tal como se aprecia en la Figura 3.4.7, siendo: L = Longitud de la curva vertical, medida por su proyeccin horizontal, (m). S1 = Pendiente de la tangente de entrada, (%). S2= Pendiente de la tangente de salida, (%). A = Diferencia algebraica de pendientes, o sea

A = S1 S 2

E = Externa: Ordenada vertical desde el PIV a la curva, que se determinar as:

E=

A L ( )2 200 L 2

X = Distancia horizontal a cualquier punto de la curva desde el PCV o PTV, (m) Y = Ordenada vertical en cualquier punto (m) y, se calcula mediante la expresin:

Y=

A (X )2 200 L

Esta ordenada se le resta a las cotas de las tangentes en las curvas verticales tipo 1 y 2 y se le suma en las tipo 3 y 4 de la Figura 3.4.6. PCV = Principio de la curva vertical. PIV = Punto de interseccin de las tangentes verticales. PTV = Terminacin de la curva vertical. Existen cuatro criterios para determinar la longitud de la curvas verticales: a. Criterios de comodidad. Se aplica al diseo de curvas verticales cncavas, en donde la fuerza centrfuga que aparece en el vehculo al cambiar de direccin, se suma al peso propio del vehculo. Generalmente queda englobado siempre por el criterio de seguridad. b. Criterios de operacin. Se aplica al diseo de curvas verticales con visibilidad completa, para evitar al usuario la impresin de un cambio sbito de pendiente. c. Criterios de drenaje. Se aplica al diseo de curvas verticales convexas o cncavas, cuando estn alojadas en corte. Para advertir al diseador la necesidad de modificar las pendientes longitudinales de las cunetas. d. Criterio de seguridad. Se aplica a curvas cncavas y convexas. La longitud de la curva debe ser tal, que en toda la curva la distancia de visibilidad sea mayor o igual a la de parada. En algunos casos, el nivel de servicio deseado puede obligar a disear curvas verticales con la distancia de visibilidad de adelantamiento.

Figura 3.4.7 CURVA VERTICAL

3.4.4.2 Casos especiales - Curvas asimtricas Es posible que una curva parablica asimtrica (con tangentes desiguales) se ajuste ms que una curva simtrica (con tangentes iguales, como las hasta ahora tratadas) y haya que emplearla y calcularla, por razones de orden topogrfico, cotas obligadas, etc. Las hay cncavas y convexas, tal como se observa en la Figura 3.4.8(a). - Curvas reversas Se dan las curvas verticales reversas cuando dos curvas verticales con una tangente comn, como se ilustra en la Figura 3.4.8(b), pueden representar el alineamiento vertical para una rampa de intercambio entre dos vas.

Figura 3.4.8 CURVA VERTICAL ASIMETRICA Y CURVA VERTICAL SIMETRICA

3.4.4.3 Distancias de visibilidad en curvas verticales Las longitudes de las curvas verticales en funcin de las distancias de visibilidad (DV), se calculan segn se trate de curvas verticales convexas o cncavas. a. Curvas verticales convexas La longitud mnima de las curvas convexas, que cumpla con los requisitos mnimos pendientes en porcentaje (A), se determina para dos casos: - Primer caso (DV < L)

Cuando el conductor y el objeto estn sobre la curva, la distancia de visibilidad determinada es menor que la longitud de la curva, tal como se aprecia en la Figura 3.4.9. En trminos generales, la longitud de la curva vertical se determina mediante la siguiente expresin:

L=

A ( DV )

2

2 ( H + h )2

en donde: H= Altura del ojo del conductor o altura de las luces delanteras del vehculo, (m) h = Altura del objeto, (m). Para la distancia de visibilidad de parada, teniendo en cuenta que: DV = DVP; H = 1.15 m; h = 0.15 m; A en %; se tiene:

A( DVP) L= 425 , y ( DVP) 2 K= 4252

en donde: K, es el radio de la circunferencia inscrita en el vrtice de la parbola y se presenta en el grfico de la Figura 3.4.10. El valor de la expresin anterior corresponde a la distancia de visibilidad de parada en recta. En los alineamientos curvos en planta se debe definir el valor de K en funcin de la coordinacin resultante entre la planta, el perfil y la seccin transversal. Aunque los parmetros anteriores siempre estn al lado de la seguridad en los alineamientos en planta. Por lo que: L= AK y para la distancia de visibilidad de paso o de adelantamiento, tomando: DV = DVA; H = 1.15 m; h =0.15 m; y A en %

L=

A(DVA )2 1000

Figura 3.4.9 CURVA VERTICAL CONVEXA

Figura 3.4.10 CONVEXAS

LONGITUDES Y PARAMETROS MINIMOS CURVAS VERTICALES

- Segundo caso (DV > L) Cuando el conductor y el objeto estn fuera de la curva, la distancia de visibilidad es mayor que la longitud de la curva, de acuerdo con lo indicado en la Figura 3.4.11. En trminos generales, la longitud de la curva vertical se determina as:

L = 2 DV -

2 ( H + h )2 A

Para la distancia de visibilidad de parada, tomando como: DV = DVP; H = 1.15 m; h = 0.15 m y A en %,

L = 2 DVP -

425 A

y para la distancia de visibilidad de adelantamiento, paso o de rebase asumiendo: DV = DVA; H = 1.15 m; h = 1.35 m y A en %,

L = 2 DVA -

1000 A

b. Curvas verticales cncavas La Figura 3.4.6, muestra 3 tipos diferentes de curvas cncavas, de acuerdo con diferentes combinaciones de pendientes. Para establecer la longitud que se va a emplear, se deben considerar cuatro caractersticas de seguridad vial y operacin de vehculos, las cuales son: - Distancia de visibilidad, determinada por el alcance de las luces delanteras. - Comodidad y seguridad de los pasajeros. - El drenaje adecuado sobre la va. - Los aspectos geomtricos de la carretera. En las curvas cncavas, el anlisis de visibilidad considera nicamente las restricciones que se presentan en la noche, y estima la longitud del sector de carretera hacia adelante, como la distancia de visibilidad. Dicha distancia depende de la altura de las luces delanteras, para la cual se asume un valor de 0.60 m y un ngulo de divergencia del rayo de luz hacia arriba () respecto al eje longitudinal del vehculo de 1 grado.

Figura 3.4.11 CURVA VERTICAL CONVEXA, CASO DV > L

- Primer caso (DV < L)

Cuando el conductor y el objeto estn dentro de la curva, la distancia de visibilidad es menor que la longitud de la curva. La Figura 3.4.12 ilustra la anterior situacin. En trminos generales, se tiene que:

L=

A (DV )2 2 (TD + H + h)

para la distancia de visibilidad de parada, teniendo en cuenta que: DV = DVP; H = 0.60 m; h = 0.15 m;TD = tan 1 = 0.01745; y A en %,

L=

A (DVP )2 120 + 3.5 DVP , y (DVP ) 2 120 + 3.5 DVP

K=

que es una constante para cada velocidad de diseo, y se representa en la Figura 3.4.13 por: L=AK Para la distancia de visibilidad de adelantamiento, de paso o de rebase, no es indispensable su clculo, porque se pueden ver las luces del vehculo que viene en sentido contrario.

Figura 3.4.12 CURVA VERTICAL CONCAVA, CASO DV < L

Figura 3.4.13 CONCAVAS

LONGITUDES Y PARAMETROS MINIMOS CURVAS VERTICALES

- Segundo caso (DV >L) Cuando el conductor y el objeto estn fuera de la curva, la distancia de visibilidad es mayor que la longitud de la curva, tal como se representa en la Figura 3.4.14. En trminos generales, la longitud de la curva vertical se determina as, para la distancia de visibilidad de parada, tomado como: DV = DVP; H = 0.60 m; h = 0.15 m; TD = tan 1 = 0.00175; entonces

L = 2 DVP -

120 + 3.5 DVP A

Para la distancia de visibilidad de adelantamiento de paso o de rebase, no es indispensable su clculo, porque se pueden ver las luces del vehculo que viene en sentido contrario.

Figura 3.4.14 CURVA VERTICAL CONCAVA , CASO DV > L

3.4.4.4 Controles de diseo de la curva vertical La longitud mnima de una curva vertical puede determinarse empleando los lmites inferiores fijados por investigadores en forma emprica para pequeos valores de A y mediante la siguiente relacin matemtica:

L = KA ,en donde: L: Longitud de la Curva Vertical, (m).

K: Factor que establece, para una determinada velocidad, condiciones ptimas de visibilidad y drenaje en el sector de la curva, (m/%). A: Diferencia algebraica de pendientes en el PIV, (%).

Las Figuras 3.4.10 y 3.4.13 permiten la determinacin de la longitud mnima, en funcin de la velocidad de diseo y la diferencia algebraica de pendientes correspondiente.

Existen valores de lmite inferior obtenidos en forma emprica, para cada velocidad de diseo, los cuales estn representados en los grficos mediante lneas verticales. Por razones de economa, comodidad y seguridad, se deben tener en cuenta dos condiciones especiales, para el diseo y clculo de curvas verticales. Para una diferencia algebraica de pendientes (A) y una velocidad de diseo (VD) determinada, la curva vertical que empalma los alineamientos debe proporcionar, en la operacin de los vehculos, una distancia de visibilidad no menor que la distancia de visibilidad de parada, para lo cual se determina un valor de K, como funcin de la velocidad de diseo. En los casos en que sea econmicamente factible, se puede adoptar distancias de visibilidad mayores que la de parada, incluso hasta obtener distancias de visibilidad de adelantamiento, cuando la condicin del diseo horizontal lo permita, para lo cual se puede incrementar el valor de K. El empleo de valores de K mayores a los establecidos para cada velocidad de diseo en los grficos de las Figuras 3.4.9 y 3.4.11, tienen un lmi