diseño geométrico de carreteras - clases upc 01

Profesor :Manuel E. Silvera L. – Ing. Civil con Post Grado en Ing. de carreterasProfesor de la Universidad Peruana de Ciencias AplicadasEmail: [email protected]

Semestre 2010 - 1

INGENIERÍA DE CARRETERAS

http://www.upc.edu.pe/home_upc.aspx?PFL=0

Profesor: M. Profesor: M. SilveraSilvera INGENIERINGENIERÍÍA DE CARRETERAS A DE CARRETERAS -- UPC 2010UPC 2010--11

Bibliografía Utilizada

•

A Policy

on

Geometric

Desing

of

Highways

and streets

1994

•

Manual de Diseño Geométrico de carreteras DG- 2001


Diseño Geométrico de Carreteras

Vías en la Costa verde -

LimaFuente: I. Cabrera

“El diseño geométrico es la parte más importante del proyecto integral de carreteras, ya que a través de él se establece su configuración geométricatridimensional, buscando que la vía sea funcional, segura, cómoda, estética, económica y compatible con el medio ambiente”. (Cárdenas, 2002)



Los factores o requisitos del diseño se agrupan en externos (existentes) e internos(propios de la vía y su diseño).

Los factores externosLos factores externos se relacionan con la topografía del terreno natural, la conformación geológica y geotécnica del mismo, el volumen y características del tránsito actual y futuro, la climatología, hidrología, los parámetros socio-económicos y propiedades del área estudiada (Cárdenas, 2002).

Fuente: propia




Los factores internosLos factores internos contemplan las velocidades a tener en cuenta para el diseño y los efectos operacionales de la geometría especialmente los vinculados con la seguridad, estética y armonía de la solución (Cárdenas, 2002).

Vías en la Costa verde -

LimaFuente: propia




Por lo tanto el diseño Geométrico de una carretera involucra la correlación de los siguientes elementos:

1. Elementos físicos de la vía2. Condiciones de operación de los vehículos3. Características del terreno

• Los elementos físicos hacen referencia a los alineamientos (horizontal y vertical) ylas secciones transversales.

• Las condiciones de operación se refieren a las características de los vehículos queusarán la vía (dimensiones, radios de giro, etc).

• Las características del terreno se refieren a la topografía que presentan




1. Elementos físicos de las víasConcepto tridimensional de una vConcepto tridimensional de una vííaa

Lo común es realizar dos análisis bidimensionales complementarios a la vía conocidos como: alineamiento horizontal (x,z) y vertical (y). Estos alineamientos no se trabajan totalmente por separado, sino que debe existir un

diseño que garantice la armonía de los alineamientos sin producir perdida de seguridad cuando éstos se superpongan

En la siguiente figura se muestra una vista tridimensional del eje de la carretera representado a través de los alineamientos horizontal y vertical.



Diseño Geométrico de Carreteras – Alineamientos

Alineamientohorizontal

Alineamientovertical

Fuente: James Cárdenas



Alineamiento Horizontal

El eje de la carretera es proyectado en un plano horizontalconteniendo a las diferentes tangentes y tipos de curvas (curvas circulares y espirales)

Fuente: Quintana y Altez

Curvas de nivelEje de la vía

Fuente: J. Reyes

1. Elementos físicos de las víasProfesor: M. Profesor: M. SilveraSilvera INGENIERINGENIERÍÍA DE CARRETERAS A DE CARRETERAS -- UPC 2010UPC 2010--11


Alineamiento Vertical

El eje de la carretera es proyectado en un Plano vertical paralelo, obteniéndose el perfil longitudinal (tramos rectos con pendientes unidos con curvas verticales parabólicas

Fuente: área de transportePUCP.

Fuente: google imágenes

Fuente: J reyes, 2006

Perfil longitudinal y rasante1. Elementos físicos de las vías



Se analizan las secciones que se forman a lo largo de la carretera cuando es cortada con un plano perpendicular a su eje. Con ellas

se puede conocer posteriormente el movimiento de tierras y la necesidad de obras de arte o estructuras. Las secciones transversales cambian en tangente y en curva

Secciones transversalesSección transversal - Tramo tangente

Fuente: adaptado de Manual de diseño geométrico para carreteras DG-2001

Fuente: Adaptado de ManneringY Kilareski



Secciones transversales en tramo curvo

La sección es diferente a la del tramo recto. Hay una inclinación de la curva circular conocida como peralte

Fuente: Google imágenes

Fuente: James Cárdenas



2. Condiciones de operación de los VehículosVehículos de diseño

Condicionan los aspectos de dimensionamiento geométrico y estructuralde una carretera, por ejemplo:

•

El ancho del vehículo adoptado incide en el ancho del carril, bermas y sobreancho

de curvas• La distancia entre ejes influye en los radios mínimos•

La relación “peso bruto/ potencia”

guarda relación con la pendiente admisible.•

Las longitudes mínimas de curvas verticales depende de la altura del ojo de conductor y objeto estacionario sobre la rasante



Dimensiones – vehículos ligeros (automóviles y camionetas hasta 1.5 Tn)

Para el cálculo de las distancias de parada y sobrepasohf (altura de faros delanteros): 0.60 m

hc (altura de ojos del conductor):1.07 mh (altura de obstáculo fijo en la carretera):0.15 mhc (altura de ojos de un conductor de camion

o bus): 2.50 mhl (altura de luces traseras de un automóvil o menor altura perceptiblede carrocería): 0.45 mht (altura del techo de un automóvil) :1.30 m

Fuente: Cal y Mayor, 20005.8 m

2.10 m

2. Condiciones de operación de los Vehículos



Características de los Vehículos

Vehículo pesado

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

Fuente: Cal y Mayor




Giros de los vehículosEl espacio mínimo absoluto para ejecutar un giro de 180°

en el sentido de movimiento de las agujas del reloj, queda definido por la trayectoria que sigue la rueda delantera izquierda del vehículo (trayectoria exterior) y por la rueda trasera derecha (trayectoria interior). Además de la trayectoria exterior, debe considerarseel espacio libre requerido por la sección en volado que existe entre el primer ejey el parachoques, o elemento más sobresaliente.

La trayectoria exterior queda determinada por el radio de giro mínimo propio del vehículo, y es una característica de la fabricación. La trayectoria interior depende de la trayectoria exterior, del ancho del vehículo, de ladistancia entre el primer y último eje y de la circunstancia que estos ejes pertenecena un camión del tipo unidad rígida o semirremolque articulado.




Condiciones de operación de los VehículosGiros mínimo de los vehículos

Fuente: Cal y Mayor, 2007




Condiciones de operación de los VehículosGiros mínimo de los vehículos



Fuente: Manual de diseño Geométrico para Carreteras DG 2007



3. Características del TerrenoLos terrenos pueden ser planos, ondulados o accidentados. La pendiente transversal del terrenoal eje de la carretera determina 3 tipos de carretera:

Terreno planoFuente: Quintana, Altez

Terreno accidentadoFuente: propiaTerreno ondulado

Fuente: Google imágenes

El tipo de terreno es importante en el sentido que limita el diseño de la carreteraY lleva a menores niveles de servicio cuando la topografía es muy variable.



Representación del terrenoEl terreno se suele representar a través de curvas de nivel los cuales posteriormentepermiten una reproducción digital de la superficie

Debido al uso común de curvasde nivel, una de las metodologíasmás usadas en el trazo de alternativasde una carretera es el método de la pendiente constante.

Fuente: J. Reyes, 2006

Curvas de nivel Modelo digital

3. Características del TerrenoProfesor: M. Profesor: M. SilveraSilvera INGENIERINGENIERÍÍA DE CARRETERAS A DE CARRETERAS -- UPC 2010UPC 2010--11


Clasificación de carreteras – Norma Peruana

Las carreteras se clasifican de acuerdo a:

Su función A la demanda Condiciones orográficas

• Según su función se clasifica en:

sistema Nacional (carreteras de penetración y longitudinal) Sistema Departamental Sistema Vecinal Sistema departamental

Red vial Lima

Fuente: MTC



Red Vial Peruana

Fuente: MTC

Fuente: MTC



Clasificación de acuerdo a la demanda

• Autopistas: (IMDA > 4,000 veh/día, control total de accesos)• Carreteras Duales: (IMDA >4,000 veh/día, control parcial de

accesos)• De 1ra Clase: (IMDA entre 2,000 y 4,000 veh/día)• De 2da Clase: (IMDA entre 400 y 2,000 veh/día)• De 3ra Clase: (IMDA hasta 400 veh/día)• Trochas Carrosables: (IMDA no especificado)



Según el tipo de TerrenoLas carreteras se clasifican de acuerdo a la orografía. La pendiente transversal del terrenoLa pendiente transversal del terrenoal eje de la carretera determina 4 tipos:

Tipo I: pendiente entre 0 y 10% Tipo II: pendiente entre 10% y 50% Tipo III: pendiente entre 50% y 100% Tipo IV: pendiente > 100%

Fuente: Google imágenesFuente: Quintana y Altez

Fuente: I.Cabrera



fuente: Manual de diseño geométrico para carreteras DG – 2001

Tabla 104.01 Determinación de la velocidad de diseño



Ubicación y trazado de rutas



origen

destino

Fuente: Adaptado de Quintana y Altez

Tres posibles rutas



Ubicación de rutas

En general la ubicación de rutas en áreas urbanas y rurales deben seguir los mismos Principios generales como:

Debe ser lo más directa posible. Bajas y cortas pendientes Debe ser segura para todos los usuariosMenor costo económico.Minimizar daños en el medio ambiente



Factores de ubicación de rutas en zona rural

Los factores de ubicación de rutas en zona rural se dividen básicamente en factores relacionados con el flujo de tráfico y factores físicos.

En cuanto a los factores relacionados con el flujo de tráfico podemos mencionar:

Población (existente y propuesta)Patrones de viaje O-D (origen-destino) Rutas alternativas• Tamaño y clase• Volúmenes de tráfico existentesActual y futuro uso del suelo


Ruta B

Ruta A

Es preferible que una ruta pase cerca de zonas urbanas. Ruta A es preferible a B

Zona urbana

Zona urbanaZona urbana

Zona urbana


Factores de ubicación de rutas en zona ruralEntre los factores físicos podemos mencionar:

1. Pendientes

•

No deben ser tan pronunciadas o mantenidas en tramos considerables, especialmente debido al efecto sobre los camiones.•

Si la pendiente es muy pronunciada estudiar la necesidad de carriles de ascenso.•

Tratar de compensar el movimiento de tierras, es decir cortes y rellenos.

Fuente: Propia



Chequeo de las pendientes longitudinales y transversales

Chequeo de la pendiente serealiza coneclímetro





Chequeo de la pendiente serealiza coneclímetro

Fuente: Propia




2. Movimientos de tierra

Los continuos movimientos de tierra elevan considerablemente el costo de elevan considerablemente el costo de construcciconstruccióón n de una carretera. Debe tratarse de que exista un balance entre los volúmenes de corte y relleno. En caso de que el material excavado no cumple con los requisitos para la construcción de terraplenes, deberá

utilizarse material de préstamo.

Evitar la excesiva importación/ exportación de material Uso eficiente de equipos Efectuar los rellenos en sentido deavance de la carreteraMinimizar el uso de explosivos ya que se pueden requerir según la dureza del material

Fuente: Quintana y AltezRecomendaciones




Cambio de ruta debido a zona rocosa.




Análisis de posibles rutas através de un terreno accidentado

Fuente: José

Céspedes

Corte x-x

abraabra

abra

X

X

Plano de curvas de nivelRepresentación de un abra o portezuelo




3. Facilidad de Unión con la actual red de carreteras

4. Puentes y viaductosAlgunas veces la carretera debe cruzar ríos o acantilados y para ello deben usarse puentesSin embargo debe recordarse que:

Hay que tratar de minimizar la luz del puente Se van a necesitar trabajos de cimentación La Posición y ancho del río es importante

5. Red ferroviaria

Preferible colocar el caminosobre los rieles del tren y en seccionesen corte.

Fuente: Propia



Factores de ubicación de rutas en zona ruralAdemás hay otros factores físicos como:

Zonas con material orgánico o de mala calidad para la construcción de la víaNapas freáticas muy cercanas a la superficie Número y dirección de los cursos de agua Acumulación de nieve en la carretera.Efecto en la armonía del paisaje Paso de la carretera por zonas destinadas a la agricultura o sobre zonasprotegidas (arqueológicas) Características geológicas de la zona Clima de la región Evitar en lo posible la expropiación de terrenos.

Se muestran algunos ejemplos de factores físicos en las siguientes diapositivas.



Zona de taludes inestables debido a presencia dematerial orgánico y abundante presencia de agua. Requerirá drenaje.




Orientación favorable de los estratos con respecto a la vía.(Fuente: Propia)

Orientación desfavorable de los estratos con respecto a la vía.(Fuente: Propia )



Zona con abundante material orgánico y presencia de agua. Fuente: Quintana y Altez

Napa Freática muy alta, que podría afectar la estabilidad y resistencia del terraplén o pavimento de la vía.



Fuente: Propia

El número de estructuras a proyectarse como: Alcantarillas, puentes o pontones influye directamente en la selección de las posibles alternativas de rutas



Se aprecian las formaciones rocosasextensas en la margen derecha del río,lo que hace inviable la ruta , además se tienen pendientes transversales casiverticales de las paredes rocosas.



Chequeo de la geología existente

Mapa geológico



Chequeo de la geología existente

Presencia de suelo inestable en la ruta que pone en riesgo la superficie de rodadura

Fuente: Propia



Condiciones climatológicas


Las condiciones climatológicasy la presencia de nieve y lluvias puede ser un factor esencial en el funcionamiento futuro de la carretera. Si en una zona hay muchaslluvias y el agua ingresa en las capasinteriores de la calzada y luego sesolidifica debido a las temperaturas bajo cero de la zona, el pavimento sufrirá

serios daños debido a los esfuerzos generados.



Condiciones climatológicas

Fuente: Propia

Paso Internacional los LibertadoresPaso Internacional los Libertadores

Túnel con 3.08 Km

de longitud Ubicado a 3500 m.s.n.m



Actividades de las poblaciones y zonas agrícolas

Fuente: Quintana y Altez Fuente: Quintana y Altez

Debe evitarse cruzar zonas agrícolas para no dañar la infraestructura implementada o reducir los ingresos económicos de la población afectada.



Los factores físicos mencionados anteriormente también se pueden clasificar en:

•Determinantes primarios (puntos de paso obligatorio)

• Determinantes secundarios (Puntos de control (positivos y negativos )

•

Factores geológicos, hidrológicos, climáticos, técnico - económico (movimiento de tierras) y sociales ( actividades de la población).




Ejemplos de determinantes secundarios positivos y negativos

poblado

poblado

ZonaAgrícola DS-

DS-pantano

RestosArqueológicosDS+-

Fuente: adaptado de José

Céspedes

Parte másestrecha de RíoDS+

AbraDS+

Vía existenteDS+

d. primario

d. primario



Información requerida para la ubicación de rutas

• El propósito del reconocimiento de rutas es determinar cual de las rutas

planteadases la mejor. Esto se determina a travEsto se determina a travéés de una comparacis de una comparacióón de las caractern de las caracteríísticassticasffíísicas de cada una de las posibles rutas y los costos de construcsicas de cada una de las posibles rutas y los costos de construccicióón, uso y n, uso y mantenimiento que originanmantenimiento que originan.

• Permite indicar en que ruta se debe realizar los estudios definitivos de ingeniería

• Permite establecer el efecto posible de la carretera en el desarrollo económico dela región.

• Indica los posibles efectos negativos en el paisaje natural y medio ambiente.



Información requerida para el reconocimiento de rutasLas fuentes de información comunes son: planos de la región, fotografías,recorridos de la zona de proyecto y estudios ya existentes

Fuentes en el Perú

• Instituto Geográfico Nacional• Fuerza Aérea del Perú: Dirección de Servicio Aerofotográfico Nacional (SAN)• Ministerio de Transportes y Comunicaciones• Ministerio de defensa

Para estudios de carreteras se pueden usar los siguientes mapas:

•

Mapa del Perú

a escala 1/1000 000 redactado en base a la carta nacional y otros levantamientos evaluados por el IGN.



Información requerida para el reconocimiento de rutas

Para estudios de carreteras se pueden usar los siguientes mapas:

•Planos de Curvas de Nivel del IGN a una Escala adecuada dependiendo de las dimensiones del proyecto.• Fotografías aéreas a diferentes escalas a cargo del SAN.

Los estudios básicos de ruta se realizan generalmente sobre una carta, o sobre fotografías aéreas donde se señalan los determinantes primarios, secundarios,y se podrá

marcar información de las poblaciones, zonas de producción,Intensidad de lluvias, tipos de terrenos, formaciones geológicas etc.



InformaciónPreliminar

•Cartas

nacionales•Planos

existentes•Determinar

los puntos

de control primario•Determinar

los puntos

de control secundario

Fuente: IGN

Información requerida para el reconocimiento de rutasProfesor: M. Profesor: M. SilveraSilvera INGENIERINGENIERÍÍA DE CARRETERAS A DE CARRETERAS -- UPC 2010UPC 2010--11


InformaciónPreliminar

•Cartas

nacionales(1:25000)•Planos

existentes

(1:5000)zonasurbanas

Fuente: propia


Trazo de ruta sobre plano de curvas de nivel



Información Preliminar

•Fotografías aéreas

Fuente: SAN




Información Preliminar

•Fotografías aéreas

Fuente: Propia



Fuente: Propia



Reconocimiento de rutas por tierraInstrumentos básicos para el reconocimiento

• Eclímetro• brújula• Podómetro• Altímetro (Aneroide compensado para las temperaturas)• Reloj• Prismáticos• Cámara fotográfica• Cinta métrica ( 30m mínimo)• GPS (podrá

reemplazar a alguno de los anteriores• Libreta de campo, y demás útiles de escritorio

Se evalúan todos los factores físicos (DS), y condiciones de desarrollo que estén involucrados con las alternativas.



Trazo de rutas sobre un plano de curvas

de nivel

Fuente: J. Reyes, 2006



1. Alineamiento Ideal AB . (línea recta que une DP)2. Alineamiento Teórico ACDB (considera DS)3. Alineamiento real

Tipos de Alineamientos

Fuente: Adaptado de José

Céspedes



Fuente: Propia



A

B

La línea AB trazada tiene una pendientedeterminada. Si se expresa en tanto por ciento, se obtiene como:

Dv

: diferencia de cotas entre A y BDh

: distancia horizontal entre A y BDv

DhA

B

P% = Dv x 100Dh

Método de la pendiente constante o línea de gradiente

Fuente: propia

Trazado de rutas

Escala: 1:5000

Pendiente de una línea en el plano



Los tramos en tangente en una carretera tienen valores de pendiente que dependen de : la velocidad directriz, la orografía y la demanda.

Los valores máximos varían según las condiciones, pudiendo ser por ejemplo 5%, 6%, 7%. El valor mínimo por drenaje sugerido en zona de corte es 0.5%.

Se acostumbra trabajar con un valor de pendiente menor al máximo para establecer la línea de gradiente que servirá para determinar los posibles ejes de la carretera.

En zonas montañosas el trazo debe acomodarse de tal forma de evitar losmovimientos de tierra excesivos. Lo común es el faldeo de las áreas elevadas.



fuente: Manual de diseño geométrico para carreteras DG – 2001

Tabla 403.01 Pendientes Máximas



100105

110

5 m

100(a escala 1/5000)

P= 5%

Supongamos que la pendiente máxima permitida es de 7% (según manual de MTC), y tenemos un plano de curvas de nivel (1/5000) con curvas espaciadas cada 5 metros (cotas)

Abertura del compás: 100 ma escala del plano

Línea de gradiente: está formada por la unión de puntos trazados sobre las curvas de nivel manteniendo una pendiente constante

Ejemplo de línea de gradiente

Fuente: propia

Línea de gradiente



Trazo del eje valiéndose de la línea de gradiente constante

Fuente: Adaptado de Guerra Bustamante

(1) Línea de gradiente

(2) Tramos tangente

(3) Trazo definitivo



El alineamiento que se ciña más a la línea de gradiente tendrá un mayor recorrido, disminuirá la pendiente, el trazo será más sinuoso, tendrá curvas de menor radio y el movimiento de tierras será menor

Pero debe haber un equilibrio entre la características técnicas y el costo de la obra.

En proyectos importantes suelen necesitarse estudios geológicos y geotécnicos para determinar las alturas máximas y la inclinación de los taludes en corte. Cuando los estudios lo determinan es necesario recurrir a muros de contención, concreto lanzado y escalonamiento de Taludes.

La estabilidad de los taludes también es determinante por que si no son estables los costos de mantenimiento son elevados



Ejemplo de alineamiento en terreno plano



Se aprecian tangentes largas, curvas circulares de radios extensos y grandes longitudes de curvas verticales




Ejemplo de alineamiento en terreno montañoso

Fuente: Quintana y Altez Fuente: Ing. Carreteras-PUCP, 1998

• Es común el método de faldeo• Bajas velocidades de diseño• Curvas cerradas• Constantes subidas y bajadas

• Fuertes movimientos de tierras• Altos costos económicos• Presencia de curvas consecutivas• Ancho mínimo de calzada.



El diseño geométrico está regido por la velocidad directriz que se define como:“la máxima velocidad que se podrá mantener con seguridad sobre una sección determinada de la carretera, cuando las circunstancias sean favorable para que prevalezcan las condiciones de diseño”. La velocidad directriz se determina mediante la demanda de tráfico, el tipo de terreno y la clase de vía

Velocidad directriz

Alineamiento horizontal

Alineamiento vertical

Secciones transversales•Demanda•Orografía•Tipo de vía

Diseño Geométrico del Camino



Estimación de la demanda

“

El objetivo del estudio de la circulación es deducir las relaciones existentes entre susCaracterísticas (cantidad de vehículos que circulan por unidad de tiempo y velocidad).

La acertada predicciLa acertada prediccióón del volumen de demanda, composicin del volumen de demanda, composicióón, distribucin, distribucióón n y la evoluciy la evolucióón que esta variable puede experimentar a lo largo de la vida n que esta variable puede experimentar a lo largo de la vida úútil til de disede diseñño es indispensable para seleccionar la categoro es indispensable para seleccionar la categoríía de la va de la víía.a.

La estimación de la demanda juega un papel importante en la estimación de la Velocidad de diseño de la carretera. Las condiciones de seguridad y confort dependerán de la apropiada estimación de la demanda”.





“Es el número de vehículos que pasan porun punto o sección transversal, de un carrilo de una calzada durante un período de tiempodeterminado”

CaracterísticasEspaciales

• Ocupan unlugar

Temporales

• Consumen tiempo• Varían constantemente

Fuente: Área transporte-PUCP

Volumen de tránsito




Q = N/TQ: volumen de tránsitoN: número de vehículos que pasanT: período determinado (tiempo)

De acuerdo al valor que tome T, los volúmenes pueden ser:

• Tránsito anual (TA) T = 1 año• Tránsito mensual (TM) T = 1 mes• Tránsito semanal (TS) T = 1 semana• Tránsito diario (TD) T = 1día• Transito horario (TH) T = 1hora• Tasa de flujo o flujo (q), T<1hora

Volúmenes de tránsitoabsolutos

Nota: no es necesario orden cronológico

Volumen de tránsito




“Es el número total de vehículos que pasan durante un período dado(en días completos) igual o menor a un año y mayor que un día”.dependiendodel período de recolección de datos puede ser:

• Tránsito promedio diario anual (TPDA) o IMDA

• Tránsito promedio diario mensual (TPDM)

• Tránsito promedio diario Semanal (TPDS)

TPDA = TA/365

TPDM = TM/30

TPDS = TS/7

Tránsito promedio diario



• Volumen horario máximo anual (VHMA)

Es la hora de mayor volumen de las 8760 horas del año

• Volumen horario de máxima demanda (VHMD)

Es el máximo número de vehículos que pasan por un punto o sección deun carril durante 60 minutos consecutivos

• Volumen horario de proyecto (VHD)

Es el volumen de tránsito horario que servirá para determinar las característicasgeométricas de las vías.




TPDA

El valor del TPDA es un valor medio, que es usado en el análisis del tráfico que circula. Peroes un valor medio que no representa muchas veces las fluctuaciones del tráfico en el día, siendo superado muchas veces.

En caminos donde el tránsito es importante y presenta muchas variaciones, no es el TPDA

el que determina las características que deben otorgarse al proyecto para prevenir problemas de congestión y ofrecer al usuario condiciones de servicio aceptables. En estos casos el Volumen horario de diseño es usado.



Velocidad

60 km/h

75 km/h

80 km/hLos vehículos viajan a diferente velocidady generalmente no mantienen unavelocidad constante.

Existen diferentes velocidades definidas, de acuerdo a la finalidad que se persiga(accidentes, operación del transporte público, modelos teóricos de flujo vehicular, etc)Tenemos: veloc. Instantánea, de recorrido, de marcha, espacial etc.



Velocidad de recorridoEs el resultado de dividir la distancia recorrida entre el tiempo total de viaje.

Es la velocidad de un vehículo a su paso por un determinado punto de unacarretera o calle

Fuente: I.Cabrera

Velocidad instantánea



Velocidad media de recorrido

Para un grupo de vehículos es la suma de sus distancias recorridas dividida entrela suma de los tiempos totales de viaje.

Velocidad de marchaConocida como velocidad de crucero; es resultado de dividir la distancia recorridaentre el tiempo durante el cual el vehículo estuvo en movimiento. Es mayor a la velocidad de recorrido.

Velocidad media de marcha

Se define como la razón entre la distancia total recorrida entre el tiempo total demarcha de los vehículos

Cuando no se disponga de un estudio de velocidad de marcha, se tomarán como valoresteóricos los comprendidos entre el 85% y 95% de la velocidad de diseño.



Diferencia de Velocidad de Recorrido y Velocidad de Marcha:

Su diferencia es que la Velocidad de Recorrido toma todas aquellas demoras operacionales por reducciones de velocidad y paradas en la vías, el tránsito y los dispositivos de control, ajenos a la voluntada del conductor; Y la Velocidad de Marcha se descontará

del tiempo total de recorrido, todo aquel tiempo que el vehículo se hubiese detenido, por cualquier causa.. Por lo tanto esta velocidad será

de valor superior a la de recorrido.

Fuente: Manual de diseño Geométrico DG-2001



Velocidad

Velocidad de proyecto, diseño o velocidad directriz.

Es la máxima velocidad a la cual pueden circular los vehículos con seguridad sobreuna vía cuando las condiciones atmosféricas y del tránsito son favorables y lascaracterísticas geométricas del proyecto gobiernan la circulación

• categoría de la vía• volúmenes de tránsito• topografía• disponibilidad de recursos

Depende de:

Se debe considerar como longitud mínima de un tramo la distancia correspondiente a 2 kmsy entre tramos sucesivos no se deben presentar diferencias en las velocidades de diseñosuperiores a los 20 kph.



Diseño Geométrico del CaminoAlineamiento Horizontal

El alineamiento horizontal está

formado por la sucesión de tramos rectos (tangentes)y tramos curvos. Los tramos curvos pueden ser curvas simples o curvas compuestas,las cuales pueden ser unidas a los tramos tangentes mediante curvas de transición (clotoides).

tangente

Curva circular

Curva circular

Fuente: José

Céspedes



Fuente: AASHTO


TangenteCurva de transiciónCurva circular

ComponentesFuente: Quintana y Altez

Fuente: AASHTO



• Las longitudes mínimas y máximas de los tramos en tangente dependerá de la velocidad directriz y del tipo de alineación que definan las curvas y tangentes (S o O).

Alineamiento Horizontal

Tramos en tangente





Diseño Geométrico del CaminoAlineamiento Horizontal

Tramos en tangente

• Se busca eliminar problemasrelacionados con el cansancio, deslumbramiento y exceso de velocidad

Lmin.S (m)= 1.39 VdLmin.O (m) = 2.78 VdLmáx (m) = 16.70 Vd

“Vd” en km/hFuente: Quintana y Altez




Fuente: Adaptado de Manual de diseño Geométrico para carreteras DG-2001



Distancia de Visibilidad de Parada (Dp)Es la mínima distancia requerida para que se detenga un vehículo que viaja a lavelocidad de diseño, antes que alcance un objetivo inmóvil que se encuentra en su trayectoria

d1 d2

ObjetoEstacionario

Vehículo viajando, cerca o la velocidad de diseño Dp = d1 + d2

Fuente: propia

0.15 m

La distancia de visibilidad de parada se calcula en dos partes: teniendo en cuentala reacción del conductor y un proceso de deceleración constante hasta detenerse



d1 depende de:-La reacción natural (edad)-Visibilidad (clima)-Características del objetoestacionario

d2 : es la distancia de frenado, resultadode un proceso dedesaceleración constante

d1: distancia percepción-reacción

Fuente: propiad1 d2

ObjetoEstacionario

0.15 m




d1: distancia percepción-reacciónd1 d2

ObjetoEstacionario

0.15 m


Fuente: propia

Es la distancia que recorre el vehículo desde el momento que el conductorobserva un obstáculo en la carretera hasta que aplica los frenos. Es un movimientouniforme, donde el tiempo que transcurre se llama tiempo de percepción-reacción y el proceso es denominado PIEV (percepción, , emoción y volición). La AASHTO recomienda un tiempo de 2.5 segundos para este proceso, el cualcorresponde al percentil 90 de los tiempos de reacción de algunos estudios.



Distancia de Visibilidad de Parada

Dp = Vt + V2

2g (f ±G)

Efecto de la pendiente en la Dp

mg F

Movimiento con deceleración constante

N F = f*N (fricción longitudinal entre las llantas y el pavimento)

∑Fx

= 0 N = F = f*N

∑Fy

= 0 -F = maa = -fg

Vf2

= V2

+ 2ad0 = V2

–

2 (fg)dd = V2

2gf

t: tiempo de percepción-reacciónf: coeficiente de fricción longitudinalG: pendiente

En una pendiente ascendente el vehículo necesitará

una menor “Dp”

en comparacióncon una pendiente descendente



Distancia de Visibilidad de ParadaDistancia de parada sobre pavimento húmedo (AASHTO)

La tabla muestra los coeficientes de fricción relacionados a cada velocidad dediseño.



Figura 402.05

La distancia de parada “Dp”

se ve afectada de acuerdo a si la pendiente espositiva o negativa



Distancia de Visibilidad de paso

• Proceso asumido en 2 etapas incluyendo las distancias (d1, d2, d3, d4)•

Los vehículos analizados principalmente son los vehículos que viajan en sentido contrario

Es la distancia mínima necesaria para que un vehículo pueda adelantar a otro sin tener problemas con un tercer vehículo que viaja en sentido contrario. Se analiza en calzadas compuestas por dos carriles.

d1 d2 d3 d4

(1) (2)

Fuente: propia

(3)


Distancia de visibilidad de paso

d1 d2 d3 d4

(1) (2)

Primera etapa

Vehiculo 1 recorre d1Vehiculo 2 recorre una distancia < d2 Fuente: propia

(3)



Se ha estimado que el tiempo necesario para conseguir esta distancia Varía de 3.7 a 4.3 s y que la aceleración varía de 2.27 a 2.37 m/s2

La expresión que permite calcular la distancia d1 es:

d1 = 0.278t (v – m + at )2

Donde:t: tiempo de la maniobra inicial (s)a: aceleración promedio (km/h/s)v: Velocidad promedio del vehículo (km/h)m: diferencia de velocidad entre el vehículo que sobrepasa y el adelantado

d1: Es la distancia recorrida durante el tiempo de percepción reacción y la aceleración inicial para alcanzar el punto de cambio de carril


Primera etapa

Segunda etapa

1/3 d2 2/3 d2 d3 d4

Fuente: propia


d2: distancia recorrida por el vehículo que sobrepasa mientras ocupa el carril izquierdo

Se ha encontrado que el tiempo promedio que un vehículo ocupa el carrilizquierdo varía de 9.3 a 10.4 s.

El vehículo que adelanta tiene en promedio una velocidad de 15 km/ hmayor a la del vehículo sobrepasado

d2 = 0.278 v tDonde:

t: tiempo que el vehículo ocupa carril izquierdo (s)

v: Velocidad promedio del vehículo (km/h)



d3: distancia entre el vehículo que sobrepasa al final de su maniobra y el vehículo que viaja en sentido contrario.

Se ha encontrado (AASHTO) que la distancia d3 varía de 30 a 90 m según la velocidad

d4: Distancia recorrida por el Vehículo que viaja en sentido contrario

Se asume que el vehículo que adelanta y el que viaja en sentido contrario tienen la misma velocidad

Finalmente d4 = 2/3 d2



Efecto de la pendiente en la distancia de paso

Pendiente (%) +

- Se necesitaría mayor distancia para sobrepasar- La aceleración sería menor- Se necesitarian mayores tiempos - El vehículo en el carril contrario podría tener mayor

velocidad- Los vehículos sobrepasados son camiones usualmente



Distancia de visibilidad de pasoEfecto de la pendiente en la distancia de paso

- La distancia necesaria para adelantar sería más corta- La velocidad y aceleración podrían ser mayores- El tiempo para sobrepasar sería menor- El vehículo sobrepasado también podría acelerar

Pendiente (%) -



Figura 402.06

Comentario: estas distancias de paso ya incluye la suma de las distancias d1, d2, d3, y d4 mencionadas anteriormente.


•

Cuando no existen impedimentos impuestos por el terreno y que se

reflejan por lo tanto en el costo de construcción, la visibilidad de paso debe asegurarse para el mayor desarrollo posible del proyecto.

•

Se deberá

evitar que se tengan sectores sin visibilidad de adelantamiento

en

longitudes superiores a las de la Tabla 205.01, según la categoría de la carretera.


•

Los sectores con Visibilidad Adecuada para adelantar deberán distribuirse lo más homogéneamente posible a lo largo del trazado


Categoría de la Vía Longitud (m)

Autopistas y Multi-carril 1500

1ra Clase 2000

2da clase 2500

Tabla 205.01

Longitud máxima sin visibilidad de adelantamiento en sectores conflictivos


Fuente: adaptado de Manual de diseño Geométrico para carreteras DG-2001



• En un tramo de carretera de longitud superior a 5 Kms, emplazado en una topografía dada, se procurará que los sectores con visibilidad adecuada para adelantar, respecto del largo total del tramo, se mantengan dentro de los porcentajes que se indican en la Tabla 205.02.

Fuente: adaptado de Manual de diseño Geométrico para carreteras DG-2001

diseño geométrico de carreteras - clases upc 01

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