01_diseño geométrico de carreteras

TEMA

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Ing. Oscar Fredy Alva VillacortaDocente de la Facultad de Ingeniería Civil

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Introducción

El diseño geométrico moderno decarreteras es el proceso de correlaciónentre sus elementos físicos y lascaracterísticas de operación de losvehículos, mediante el uso de las

CAPITULO III

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vehículos, mediante el uso de lasmatemáticas, la física y la geometría.En este sentido, la carretera quedageométricamente definida por eltrazado de su eje en planta, perfil y porsu sección transversal.

Ing. Oscar Fredy Alva VillacortaDocente FIC

Criterios y Controles Básicos para el de Diseño

El manual de Diseño Geométrico DG-2001, en su Capitulo II destaca lossiguientes factores:

CAPITULO III

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El tipo y la calidad de servicio que la carretera debe brindar al usuario.

La seguridad para el usuario

La inversión inicial.

Impacto del proyecto sobre el medio ambiente.


Criterios y Controles Básicos para el de Diseño

Los controles básicos de diseño se describen en las siguientes secciones del manual y son:

� Sección 202: Vehículos de Diseño

� Sección 203: Características del Tránsito

� Sección 204: Velocidad de Diseño

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� Sección 204: Velocidad de Diseño

� Sección 205: Visibilidad

� Sección 206: Control de acceso

� Sección 207: Instalaciones al Lado de la Carretera

� Sección 208: Facilidades para Peatones

� Sección 209: Valores Estéticos

� Sección 210: Capacidades y niveles de Servicio.

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Las dimensiones Máximas de los Vehículos a emplear en el diseño geométrico serán las establecidas en el Reglamento de Pesos y Dimensión vehicular para la circulación en la Red Vial Nacional.

A.- Vehículo de diseñoCAPITULO III

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GIRO MÍNIMO VEHÍCULOS TIPOEl espacio mínimo absoluto para ejecutar un girode 180º en el sentido del movimiento de lasagujas del reloj, queda definido por la trayectoriaque sigue la rueda delantera izquierda del vehículo(trayectoria exterior) y por la rueda traseraderecha (trayectoria interior).

A.- Vehículo de diseñoCAPITULO III

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En las Figuras 202.01, 202.02, 202.03,202.04, 202.05 y 202.06 e ilustran lastrayectorias mínimas obtenidas para los vehículosde diseño con las dimensiones máximasestablecidas en el Reglamento de Peso yDimensión Vehicular.


A.- Vehículo de diseño

Giro mínimo de vehículos tipo

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GIRO MINIMO PARA VEHICULOS LIGEROS (VL) GIRO MINIMO PARA VEHICULOS B2 – C2




CAPITULO III

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GIRO MINIMO PARA VEHICULOS B3 O C3 GIRO MINIMO PARA VEHICULOS T2S2




CAPITULO III

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GIRO MINIMO PARA VEHICULOS T3S2 GIRO MINIMO PARA VEHICULOS C2-R3


Generalidades

La acertada predicción de los volúmenes de demanda, su composición y la evolución que estas variables pueden experimentar a lo largo de la vida de diseño, es indispensable para seleccionar la categoría que se debe dar a una determinada vía.

B.- Características del tránsitoCAPITULO III

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a una determinada vía.


1. Índice Medio Diario Anual (IMDA)

Representa el promedio aritmético de los volúmenes diarios paratodos los días del año, previsible o existente en una seccióndada de la vía. Su conocimiento da una idea cuantitativa de laimportancia de la vía en la sección considerada y permiterealizar los cálculos de factibilidad económica.

B.- Características del tránsitoCAPITULO III

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2. Clasificación por tipo de vehículo2. Clasificación por tipo de vehículo

Expresa en porcentaje la participación que le corresponde en elIMD a las diferentes categorías de vehículos, debiendodiferenciarse por lo menos las siguientes:

� Vehículos Ligeros: Automóviles, Camionetas hasta 1,500 Kg.

� Transporte Colectivo: Buses Rurales e Interurbanos.

� Camiones: Unidad Simple para Transporte de Carga

� Semirremolques y Remolques: Unidad Compuesta para Transporte de Carga.


3. Demanda Horaria

En caminos de alto tránsito es el volumen horario de diseño(VHD), y no el IMDA, lo que determina las características quedeben otorgarse al proyecto para evitar problemas de congestióny determinar condiciones de servicio aceptables.

B.- Características del Tránsito

i añoi año IMDA 0.18 ~12.0VHD =

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4. Crecimiento del tránsito

Deben establecerse los volúmenes de tránsito presente en el añode puesta en servicio del proyecto y aquellos correspondientes alaño horizonte de diseño.

En el caso de carreteras de 3er orden que rara vez enfrentanproblemas de congestión a lo largo de su vida de diseño, tasas decrecimiento de tipo histórico observadas en la región pueden sersuficientes para abordar el problema.

En el caso de carreteras de 1er y 2do orden, se requerirá unestudio especial para proyectar la evolución del tránsito en todossus aspectos.Ing. Oscar Fredy Alva Villacorta

Docente FIC

B.- Características del TránsitoCAPITULO III

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Cuadro 3-1. Ejemplo de Cálculo del Índice Medio Diario Anual (IMD)


B.- Características del TránsitoCAPITULO III

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Habilidad y estado anímico del conductor,

Tipo y estado del vehículo,

C.- Velocidad de diseñoCAPITULO III

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1La Velocidad que adoptan los conductores en unacarretera dependen de diversas circunstancias,como:

Tipo y estado del vehículo,

Características físicas de la carretera y de sus zonas adyacentes,

Condiciones climáticas,

Presencia de otros vehículos en la vía,

Limitaciones impuestas por las leyes de tránsito.


C.- Velocidad de diseño

La velocidad directriz o de diseño, es laescogida para el diseño, entendiéndose que serála máxima que se podrá mantener con seguridadsobre una sección determinada de la carretera,cuando las circunstancias sean favorables paraque prevalezcan las condiciones de diseño.

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Relación entre la velocidad directriz ylas características geométricas:

La velocidad directriz condiciona todas lascaracterísticas ligadas a la seguridad deltránsito. Por lo tanto ellas, como elalineamiento horizontal y vertical,

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alineamiento horizontal y vertical,distancia de visibilidad y peralte, variaránapreciablemente con la velocidaddirectriz. En forma indirecta estáninfluenciados los aspectos relativos alancho de calzada, bermas, etc.


� Velocidad de Marcha:Denominada también velocidad de crucero, es elresultado de dividir la distancia recorrida entre eltiempo durante el cual el vehículo estuvo enmovimiento, bajo las condiciones prevalecientesdel tránsito, la vía y los dispositivos de control.


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� Velocidad de Operación:En el diseño geométrico de carreteras, se entiendecomo velocidad de operación de un determinadoelemento geométrico, la velocidad segura ycómoda a la que un vehículo aislado circularía porél.


Relación entre las velocidades de operación y de marcha

La Tabla 204.01 del DG-2001 muestra lasvelocidades de marcha que se pueden tomar enfunción de la velocidad directriz.


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Selección de La Velocidad Directriz

La selección de la velocidad directriz es sumamente importanteporque fija los límites de los radios de curvatura, sobreanchos,peraltes, curvas verticales, visibilidad y otros aspectosgeométricos de la carretera; obteniéndose así un todo armónico,equilibrado y sencillo que no ofrezca sorpresas al conducir.


La selección de la velocidad directriz depende de:

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La importancia o categoría de la futura carretera,

De los volúmenes del tránsito que va a mover,

De la configuración topográfica 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 económicos y de las facilidades de financiamiento.


La Tabla 101.01 del DG-2001 muestra el rango de las velocidades de diseño que se deben utilizar en función del tipo de carretera según sus características.


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En las carreteras es fundamental que exista, tantoen planta como en perfil la visibilidad precisa paraque el conductor del vehículo pueda ver delante deél a la distancia mínima necesaria para tomar congarantía decisiones oportunas.

D.- Visibilidad

Distancia de visibilidad, es la longitud continuahacia delante del camino, que es visible al

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hacia delante del camino, que es visible alconductor del vehículo.

En diseño se consideran dos distancias:

1. La de visibilidad de parada suficiente para detener el vehículo, y

2. La de Visibilidad de adelantamiento, necesaria para que un vehículo adelante a otro que viaje a velocidad inferior, en el mismo sentido. Ing. Oscar Fredy Alva Villacorta

Docente FIC

1. Distancia de Visibilidad de parada (Dp)

Es la mínima requerida para que se detenga un vehículo queviaja a la velocidad de diseño, antes de que alcance unobjetivo inmóvil que se encuentra en su trayectoria.

Todos los puntos de una carretera deberán estar provistosde la distancia mínima de visibilidad de parada.

D.- VisibilidadCAPITULO III

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Figura 3-1. Relación entre altura del objeto y altura del ojo del conductor

1.15 m

1.15 m


Cálculo de la distancia de Visibilidad de parada:a) Alineamiento Recto y Rasante de Pendiente Uniforme.


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Donde:Dp : Distancia de Visibilidad de Parada(m)V : Velocidad de diseño de la carretera (Kph)tp : Tiempo de percepción + reacción (seg)f : Coeficiente de fricción, pavimento húmedoi : Pendiente Longitudinal (en tanto por uno)

+i = Subida respecto al sentido de circulación-i = Bajada respecto al sentido de circulación

dpr : Distancia de percepción y reaccióndf : Distancia de frenado

(((( ))))if254V²

3.6

tVDp

p

±±±±××××++++

××××====

dpr df


Donde tp corresponde aproximadamente a 2 seg y f varía entre 0,30 – 0,40, según aumente la Velocidad.

Cálculo de la distancia de Visibilidad de parada:b) Condicionamiento Asociado a singularidades de Planta o Perfil

D.- Visibilidad

En la figura402.5 del manual DG-2001, se indica la variación de la distancia de visibilidad de parada con la velocidad de diseño y la pendiente. Donde tp corresponde aproximadamente a 2 seg y f varía entre 0,30 – 0,40, según aumente la Velocidad.

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Ejemplo:Hallar la distancia de Visibilidad de Parada para una carreteraen tramo tangente de Vd = 60Kph con una pendiente de +6%

D.- VisibilidadCálculo de la distancia de Visibilidad de parada:

a) Según la fórmula:

(((( ))))if254V²

3.6

tVDp

p

±±±±××××++++

××××====

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260 x 2 60Dp 67.90 .

3.6 254(0.35 0.06)m= + =

+

(((( ))))if2543.6 ±±±±××××

Para : Vd = 60Kph tomamosTp = 2.s; f = 0.35 (f varía de 0.30 a 0.40)

Reemplazando valores:


D.- Visibilidad

b) Según la figura 402.5 DG-2001Para V = 60Kph y Pendiente = + 6% Dp = 68 m.

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D.- VisibilidadImposibilidad de cruce-distancia doble visibilidad

Cuando el camino es de un ancho tal que no permita el cruce de 2vehículos a la velocidad de régimen hay que calcular la distancia precisapara que puedan parar antes de chocar.

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5m)f*254

V2(0.555Vdv

2

++++++++====

5m)i127(f

V*f1.11Vdv 22

2

++++

−−−−++++====

Tramos Horizontales:

Tramos en pendiente:


D.- VisibilidadDistancia mínima de seguridad entre dos vehículos

Si dos vehículos marchan a la misma velocidad uno tras otro, la mínimadistancia que los debe separar ha de ser tal que si el que va adelanteaplica los frenos, el que le sigue tenga tiempo para detenerse sin llegar achocar.

Se considera que el tiempo necesario es un segundo, y como losvehículos no son puntos, sino tienen cierta longitud, habrá que añadir lonormal de un coche, 6.00 m. aproximadamente, resultando la fórmulasiguiente:

S = (V / 5) + 6

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S = (V / 5) + 6

S: en metros y V: en Km./h


2. Distancia de Visibilidad de paso o adelantamiento (Da)

Es la mínima que debe estar disponible, a fin de facultar al conductordel vehículo a sobrepasar a otro que se supone viaja a una velocidad15 Kph. menor, con comodidad y seguridad, sin causar alteración enla velocidad de un tercer vehículo que viaja en sentido contrario a lavelocidad directriz, y que se hace visible cuando se ha iniciado lamaniobra de sobrepaso.


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Da = D1 + D2 + D3 + D4Ing. Oscar Fredy Alva VillacortaDocente FIC

2. Distancia de Visibilidad de paso o adelantamiento (Da)

D1 = Distancia recorrida durante el tiempo de percepción, reacción y durante la aceleración inicial.

D2 = Distancia recorrida durante la operación de paso.

D3 = Distancia entre el vehículo que pasa, al terminar la operación, y el vehículo que viene en sentido opuesto.

D4 = Distancia recorrida por el vehículo que viene en sentido opuesto.

Estas distancias se calculan en función de valores de velocidad


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Estas distancias se calculan en función de valores de velocidadpromedio de los vehículos que realizan la operación, el tiempo queemplean y la aceleración que ejercen, a través de observacionesdirectas en campo.

a d

Por razones de seguridad, se supone que toda la maniobrade adelantamiento se realiza a la velocidad de diseño Vd.Según lo anterior, la distancia mínima de visibilidad depaso o adelantamiento Da es aproximadamente igual a:

Da ≈ 5VdIng. Oscar Fredy Alva VillacortaDocente FIC


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D.- Visibilidad

Consideraciones para la Visibilidad de paso

a) Cuando no existen impedimentos impuestos por el terreno yque se reflejan por lo tanto en el costo de construcción, lavisibilidad de paso debe asegurarse para el mayor desarrolloposible del proyecto.

b) Cuando no sea posible, económicamente que el trazadotenga en todos los puntos la distancia de visibilidad de paso,debe exigirse que por lo menos cada 2 km haya un tramodonde exista.

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donde exista.

c) Se deberá evitar que se tengan sectores sin visibilidad deadelantamiento, en longitudes superiores a las de la tabla205.1 (DG-2001), según las categorías de la carretera.



d) Los sectores con visibilidad adecuada para adelantardeberán distribuirse lo más homogéneamente posible a lolargo del trazado. En un tramo de carretera de longitudsuperior a 5 Km, emplazado en una topografía dada, seprocurará que los sectores con visibilidad adecuada paraadelantar, respecto del largo total del tramo, se mantengandentro de los porcentajes que se indican en la tabla 205.2(DG-2001).


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(DG-2001).


D.- Visibilidad

e) Para ordenar la circulación en relación con la maniobra deadelantamiento, se puede definir:

� Una zona de preaviso, dentro de la que no se debeiniciar un adelantamiento, pero si se puede completaruno iniciado con anterioridad.

� Una zona de prohibición propiamente dicha, dentro delo que no se puede invadir el carril contrario.


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lo que no se puede invadir el carril contrario.


D.- Visibilidad

Ejemplo: Según la lámina 402.06 Distancia de Visibilidad de Paso o Adelantamiento (Da) Para Vd = 60Kph es Da = 290m

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f) La distancia de visibilidad de paso varía con la velocidaddirectriz según el diagrama de la Figura 402.06. delmanual DG-2001.


g) En carreteras de calzada única de doble sentido decirculación, debido a su repercusión en el nivel de servicio y,sobretodo, en la seguridad de la circulación, se debe tratarde disponer de la máxima longitud posible con posibilidad deadelantamiento de vehículos más lentos, siempre que laintensidad de la circulación en el sentido opuesto lo permita.

Tanto los tramos en los que se pueda adelantar como

D.- Visibilidad


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Tanto los tramos en los que se pueda adelantar comoaquellos en los que no se pueda deberán ser claramenteidentificables por el usuario.

Finalmente puede decirse, que con las distancias devisibilidad de parada y paso, así medidas tanto en plantacomo en perfil, en carreteras de dos carriles con dossentidos de circulación, se podrán determinar las zonasdonde se debe prohibir la maniobra de adelantamiento yen donde se debe limitar la velocidad mediante unaadecuada señalización, Esto, a su vez, determinará elporcentaje de longitud de carretera habilitada paraefectuar maniobras de adelantamiento, útil en el cálculo dela capacidad de la carretera.Ing. Oscar Fredy Alva Villacorta

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El MTC. Debe prever en forma anticipada en losproyectos de carreteras de las categorías Autopistay Multicarril, la forma de darle acceso a la tierraadyacente.

E.- Control de AccesoCAPITULO III

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La actividad que se desarrolla en una carretera hadado origen a una serie de instalaciones auxiliares,las que deben proyectarse y ubicarse de modo queno atenten contra la seguridad.

Los tipos de instalaciones más corrientes son:

� Refugios para los viajeros que utilizan los

F.- Instalaciones al lado de la carreteraCAPITULO III

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� Refugios para los viajeros que utilizan los medios de Transporte Colectivo urbano o rural, en los caminos que admiten detenciones regulares.

� Casetas telefónicas.� Estaciones de peaje y pesaje de camiones.� Estaciones de servicio.� Puestos de Control de la P.N.P.� Restaurantes, hospedajes.� Aduanas. � Lugares de descanso y miradores.Ing. Oscar Fredy Alva Villacorta

Docente FIC

F.- Instalaciones al lado de la carreteraCAPITULO III

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G.- Facilidad para peatones

El incremento en los volúmenes de tránsito y enlas pérdidas por accidente en los que estáninvolucrados peatones, se ha acompañado por unconocimiento creciente del público acerca de lanecesidad de construir instalaciones seguras yadecuadas para los peatones.

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En el diseño de cualquier camino se tendrá, en concordancia notan sólo su incorporación al paisaje sino que también elaprovechamiento de las bellezas naturales. Esta disposiciónadquiere mayor valor en el caso de carreteras que cruzan zonasde gran belleza natural. En todo caso, el alineamiento, el perfily la sección transversal deben guardar armonía con lascondiciones del medio, evitando así un quiebre de los factoresecológicos.

H.- Valores EstéticosCAPITULO III

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I.- Capacidad y Niveles de Servicio

La teoría de Capacidad de Carreteras constituye una poderosaherramienta para analizar la calidad del servicio que es dableesperar para el conjunto de vehículos que operan en unacarretera de características dadas.

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I.- Capacidad y Niveles de Servicio

Deberá realizarse un análisis decapacidad de la vía y de los nivelesde servicio esperado, según elvolumen de demanda y lascondiciones reales del proyecto, loque servirá para evaluar lascaracterísticas y/o restricciones detránsito, geométricos, ambientales y

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tránsito, geométricos, ambientales yde calidad del servicio que ofrecerá lavía a sus usuarios. Con el fin derealizar los ajustes necesarios en losfactores y/o parámetros consideradosen el diseño geométrico.

A modo de referencia, para laejecución de dicho análisis sepresenta el Anexo Nº 01 Capacidady Niveles de Servicio.


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