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Trabajo Técnico: VELOCIDADES Y EQUILIBRIO DINÁMICO EN CURVAS Área Temática Proyecto de Carreteras – Seguridad Vial

Autores Alejandra Débora Fissore – Ingeniera Civil UNSa

Florida 141 1º A

(4400) SALTA Capital

(0387) 4319246

[email protected]

Francisco Justo Sierra - Ingeniero Civil UBA

Avenida Centenario 1825 9A CP 1643

Beccar – San Isidro – Buenos Aires

(011) 47471829

[email protected]

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ÍNDICE

RESUMEN

1 INTRODUCCIÓN

1.1 JOSEPH BARNETT 1897 - 1973

2 DEFINICIONES DE VELOCIDAD 2.1 VELOCIDAD DIRECTRIZ, -DE PROYECTO, -ESPECÍFICA (ESPAÑA) 2.2 -MEDIA DE MARCHA 2.3 -DE OPERACIÓN 2.4 -DIRECTRIZ INFERIDA 2.5 -MÁXIMA SEGURA CRÍTICA

3 EQUILIBRIO DINÁMICO

4 CONDICIONES LÍMITES 4.1 PERALTE 4.2 FRICCIÓN TRANSVERSAL MÁXIMA 4.3 RADIOS MÍNIMOS ABSOLUTOS

BIBLIOGRAFÍA

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RESUMEN – 20025-RES

La velocidad directriz guía el diseño de elementos de los alineamientos horizontal y vertical según los principios físicos de equilibrio dinámico de un vehículo en movimiento curvo, y distancia visual de detención en curvas verticales, según modelos matemáticos racionales cuyos coeficientes se ajustan según resultados y observacio-nes de experiencias de campo que los investigadores realizan con actualizadas herramientas de medición de velocidad, desaceleración, distancia de frenado, fricción neumático-calzada, peralte, inclinación lateral del vehículo, medidas con riguroso control.

Para una dada velocidad directriz, teniendo en cuenta adecuados coeficientes de seguridad, en curvas horizon-tales, teóricamente el equilibrio dinámico se alcanza para una amplia gama de combinaciones de valores prácti-cos de radios, peraltes y fricciones.

Para analizar en profundidad las variables Velocidad, Radio, Peralte, Fricción Transversal y Longitud de transi-ción, y para entender mejor cómo se relacionan, se plantearon cuatro monografías conexas y complementarias:

1) VELOCIDADES Y EQUILIBRIO DINÁMICO EN CURVAS

2) Distribución del peralte

3) Velocidad directriz inferida y máxima segura crítica

4) Transición del peralte – Hidroplaneo

La primera trata los aspectos más generales del problema; definiciones, planteo físico y condiciones límites de velocidad, peralte, fricción transversal y radio.

La segunda analiza las situaciones intermedias; dada una determinada velocidad, un peralte máximo y una rela-ción fricción transversal-velocidad, cómo distribuir el peralte para radios mayores al mínimo y cuál es la distribu-ción resultante de la fricción transversal.

La tercera analiza el proceso inverso; para una curva con un determinado radio y peralte cuál es la velocidad directriz inferida (fricción lateral s/norma) y la velocidad máxima segura crítica (fricción lateral máxima)

La cuarta trata la transición del peralte y su efecto sobre la seguridad vial en relación con la posibilidad de hidro-planeo.

Se consideraron normas argentinas DNV 67/80 y ANDG 10 (no en vigor) y extranjeras AASHTO (EUA), 3.1 – IC Trazado (España) entre otras.

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VELOCIDADES Y EQUILIBRIO DINÁMICO EN CURVAS

1 INTRODUCCIÓN

1.1 JOSEPH BARNETT 1897-1973

Época.

En los primeros días del automóvil, por las consecuencias de muertos y heridos graves en los choques a alta velocidad se estable-cieron límites de velocidad legales muy por debajo de las velocidades a las cuales la mayoría de los vehículos automotores eran capaces de alcanzar.

Las altas velocidades agravaron el polvo molesto y la destrucción de las superficies de macadán. Las caminos eran angostos, generalmente menos de 4.8 m de ancho, a menudo flanqueadas por zanjas profundas por lo que otros vehículos del mismo o dis-tinto sentido solo pudieran pasar a baja ve-locidad. Los vehículos y especialmente sus neumáticos eran de fiabilidad incierta; los reventones y pérdidas de control de la direc-ción eran frecuentes, y desastrosos a velo-cidades superiores a 40 km/h. Todos estos factores cambiaron al aumentar los vehícu-los automotores y disminuir el tránsito de tracción animal. Los recubrimientos bitumi-nosos resolvieron el problema del polvo y los vehículos y sus neumáticos se volvieron más fiables. Los conductores se sintieron más seguros y cómodos al aumentar su ve-locidad, y fueron capaces de ejercer sufi-ciente presión política para que los límites de velocidad también aumentaran.

Con un tránsito más denso y velocidades más altas resultó peligroso conducir por el medio de la calzada, y los Estados de EUA comenzaron a pintar líneas centrales para canalizar el tránsito en los carriles. En 1918 el límite legal en Carolina del Sur fue de 25 km/h, cinco Estados tenían límites de 30 km/h; el límite de la mayoría de los Estados era de 40 a 50 km/h, y en Kansas de 65 km/h. Ocho Estados no tenían límite de ve-locidad. En 1928, sólo Massachusetts toda-vía tenía un límite de 30 km/h, y en 32 Esta-dos los límites eran de 55 a 65 km/h. En 1920, el condado de Marquette, Michigan, comenzó a pintar con cal líneas centrales blancas en las curvas, que duraban no más de un mes, pero eficaces para mantener a los conductores en su carril.

Alrededor de1925 se expandió la práctica general de construir caminos de hormigón con una junta longitudinal para controlar el agrietamiento; la junta separaba los dos ca-rriles de tránsito y servía como raya pintada.

Los carriles parecían angostos para la ma-yoría de los automovilistas, especialmente al adelantarse a los camiones.

Las líneas de carril también causaron que los camiones se acercaran a la banquina donde aumentaron las roturas de borde y esquinas de las losas de la calzada.

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Para dar mayor seguridad y reducir los da-ños en los bordes, los departamentos de caminos estatales construyeron calzadas más anchas, y alineamientos más rectos. Estos mejoramientos, junto con los avances de la mecánica de los vehículos, como mo-tores más potentes y frenos en las cuatro ruedas alentaron aún más las altas veloci-dades.

Después de 1918, el diseño vial siguió un vaivén de causa y efecto, lo que resultó en velocidades cada vez más altas y calzadas cada vez más amplias. Las fuerzas motiva-doras fueron las preferencias de velocidad de conducción de la gran masa de los ope-radores de vehículos, y durante mucho tiempo las autoridades públicas no fueron capaces de imponer ni hacer cumplir los límites de velocidad que un gran número de conductores consideraba excesivamente baja. En los años 1920 y 1930, el diseño equilibrado para la seguridad fue una buena práctica de ingeniería para trazar nuevos caminos, tanto como fuere posible en largas líneas rectas o "tangentes". Cuando había que cambiar de dirección, el trazador intro-ducía una curva circular, cuyo radio selec-cionaba para adaptarse a la planta con el menor costo de construcción, pero que no podía ser inferior a un cierto mínimo fijado por la política del departamento vial. En la práctica, los trazadores diseñaron las curvas más abiertas que el mínimo cuando era más barato hacerlo, pero con poca o ninguna coherencia.

Biografía Abreviada

Barnett nació el 1 de enero de 1897, en Manhattan y asistió a escuelas públicas. A los 16 años recibió una beca para la Cooper Union Institute y se graduó en ingeniería civil a los 19. Después de servir un año bajo la bandera de guerra de la marina de los EUA, trabajó para empresas de consultoría en el campo del diseño estructural y construcción de edificios, y en la ciudad de Nueva York en el área del diseño de tránsito urbano. En 1925 trabajó para el condado de West-chester, donde participó en el desarrollo pionero de las primeras avenidas y autopis-tas de la zona metropolitana de Nueva York. Fue jefe de la División de Ingeniería de Di-seño, donde obtuvo experiencia única en las formas de los alineamientos de alto flujo de tránsito, comodidades de las rutas verdes, funcionamiento libre del tránsito y control de acceso, que llegaría a ser una de las princi-pales características de diseño de los cami-nos de la red vial interestatal de los años siguientes. Barnett es recordado por sus colegas por su tremendo sentido de iniciativas y un terrible poder de concentración. A mediados de la década de 1930, extendió su nueva idea de la estandarización del diseño.

El concepto de "diseño equilibrado" de Bar-nett se convirtió en una característica per-manente de la política de diseño americano, y formuló una nueva idea previsora de que los caminos fueran agradables a la vista y compatibles con el ambiente, que formuló en 1933 al entrar a formar parte del Bureau of Public Roads, donde en 1935 propuso que todos los nuevos caminos rurales se diseña-ran según una "velocidad directriz asumida", la cual debía ser "la máxima velocidad razo-nablemente uniforme, adoptada por el grupo de conductores más rápidos, una vez aleja-dos de las áreas urbanas." A continuación, todas las características de diseño geomé-trico - radios de curva, distancias visuales,

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peralte, pendientes, debían realizarse en consonancia con la velocidad directriz elegi-da, de modo que un conductor que viajara a esa velocidad no tendría que reducirla para completar cualquiera de las curvas o ascen-der cualquiera de las colinas.

Cuando se retiró después de 33 años como Director Adjunto de Ingeniería, Barnett había hecho un buen diseño visual, como sello de las altas formas americanas. Su dedicación al trabajo, su esforzada per-secución de los principios de ingeniería y sus extensas y lúcidas publicaciones técni-cas jugaron un papel clave en el desarrollo de las políticas viales actuales. Fue un pionero en la estandarización del diseño geométrico - diseño de las caracterís-ticas visibles de un camino; abogó, mucho antes de que se pusiera de moda, un siste-ma de transporte equilibrado para eliminar la congestión del tránsito urbano; y desarrolló los principios de control total o parcial de acceso en los caminos modernos. Organizó un estudio de ámbito nacional de peralte-radio-velocidad en las curvas de ca-minos existentes. Mediante el análisis de los datos se llegó a un nuevo estándar para diseñar el peralte en relación con la velocidad del vehículo, y los factores de fricción. Sabiendo que los mejores diseños de ca-mino son provocados a partir de curvas en transición espiral, Barnett elaboró un conjunto de prácti-cas tablas de diseño de la curva espiral, podrían usar los ingenieros de cam-po con cálculos no más complicado que las requeridas para las curvas de radios simples.

Su manual de diseño, Curvas de Transi-ción de Caminos se publicó en 1938. Tra-ducido al español y convertido al sistema métrico por la AGVN en 1941, todavía los proyectistas viales lo usan ampliamente en todo el mundo.

Barnett fue nombrado Secretario de la Co-misión de Políticas de planificación y diseño de la AASHO desde su creación en 1937 hasta su retiro a finales de 1966. Este Comi-té influyó profundamente en el diseño de caminos seguros y eficientes. El alcance de la serie de normas AASHO, políticas y guías desarrolladas por el Comité da fe del liderazgo de Barnett y condiciones únicas para el innovador trabajo de desarro-llo. En conjunto, estos escritos mostraron sus atributos en varias formas: análisis del tema de estudio para derivar importantes princi-pios de diseño; detalles y valores en una forma para uso directo de los proyectistas; textos claros, redactados con sencillez; buen juicio en los valores de control y la Guía Práctica; y asesoramiento para aplicaciones flexibles, pensadas para producir mejores diseños.

Completó cada tema por separado, adopta-dos y publicados por AASHO y aceptado por el BPR para su uso en proyectos de autopis-tas de ayuda federal. Los primeros siete folletos establecieron los conceptos de diseño del camino y se combi-naron en una publicación de 1950 titulada Políticas sobre Diseño Geométrica Vial.

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En expansiones posteriores de 1954 y 1965, con el título Política sobre Diseño Geométri-co de Caminos Rurales, o Libro Azul, se puso en uso en programas viales de todos los países. En la vialidad argentina fueron fuente preferida del ingeniero Federico Rüh-le al redactar las normas de la DNV. Una segunda obra importante producida en 1956 por el Comité fue Política de Diseño Geométrico de Caminos Arteriales Urbanos, el Libro Rojo. Entre 1941 y 1943, Barnett dirigió un equipo especial de diseño de nuevos procesos ope-rativos que rápidamente desarrolló planes de contrato para los principales caminos, intersecciones y estructuras necesarias por construir el edificio del Pentágono en Arling-ton, Virginia. Los caminos y puentes de todo el Pentá-gono fueron diseñados y construidos en me-nos de 2 años. El 14 de febrero de 1950, Barnett se presen-tó el Premio Medalla de Plata del Departa-mento de Comercio por sus sobresalientes contribuciones al desarrollo de las vías ur-banas. Siempre muy trabajador, después obtuvo la responsabilidad de establecer un equipo de Caminos Urbanas administrar la construcción de caminos en zonas urbanas según las disposiciones de la Ley Federal de Caminos-Ayuda Federal, 1944. Esta era una nueva, campo abierto en la medida en la mayoría de los departamentos de caminos estatales sólo tenían programas rurales. Barnett encabezó la asistencia fede-ral para establecer divisiones urbanas del Estado y para asesorar sobre la planifica-ción, la ubicación y el diseño de autovías urbanas y otras arterias. En su posición clave Federal, Barnett tam-bién estaba ocupado en desarrollar y aplicar

los principios de acceso controlado que ha-bía absorbido durante su experiencia en el condado de Westchester. Barnett hizo hincapié en el acceso controla-do como una herramienta práctica para ali-viar la congestión urbana en un momento en atascos de tránsito en hora punta se esta-ban convirtiendo en una experiencia común de la ciudad. En 1961 fue nombrado Director Adjunto de Ingeniería, un tomador de decisiones princi-pal de la política federal de auxilios relacio-nada con cuestiones de ingeniería. Recibió la Medalla de Oro al Servicio Federal de Distinguido en 1963 por el Departamento de Comercio. A petición del Banco Internacional de Reconstrucción y Fomento (Banco Mun-dial), dirigió una misión a Japón para estu-diar e informar sobre la viabilidad de ampliar la autopista de Tokio Haneda a Yokohama.

Fue un hombre sensible con un ingenio seco que "le gusta llamar a las cosas por su nom-bre." Incluso después de la jubilación en diciembre de 1966, Barnett se mantuvo acti-vo como consultor en caminos urbanos. Perteneció a la Sociedad de Ingeniería de honor Tau Beta Pi y fue un miembro activo de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles. Recibió la ASCE Arthur M. Premio Wellington en 1949. Hasta su muerte en Eoslyn, Nueva York, el 30 de septiembre de 1973, predicó que el mejoramiento de los caminos puede y debe obtenerse mediante el diseño.

Su filosofía era que los principios y guías claras deben formularse; sin que su aplica-ción sea de memoria o rutinaria, sino por la adaptación reflexiva a las condiciones espe-cíficas.

En cierta ocasión escribió, "Un camino completo incorpora seguridad, utilidad, econo-mía, y además belleza.” https://goo.gl/ImhJ8C

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1.2 VIALIDAD ARGENTINA

El objetivo principal de este este trabajo es comparar los mé-todos de distribuir los peraltes indicados en las normas DNV’67/80 y su actualización DNV10, para lo cual se repasa-ron métodos de otros países, en particular EUA y España, con enfoques distintos.

Además de los factores humanos de expectativas, reflejos, tiempos de reacción, género, edad, carácter y temperamento, educación, y clasificación funcional de los caminos, en fun-ción de la VD seleccionada el proyectista dimensiona y coor-dina los elementos curvos horizontales y verticales del ca-mino teniendo siempre en consideración los previstos com-portamiento de los conductores, y la eliminación de combina-ciones que puedan violar sus expectativas.

En la vialidad argentina, por malinterpretación de la letra y espíritu del articulo 51 c) y d) de la Ley 24449, sin sustento de estudios pre-vios de ingeniería de tránsito ni de seguridad vial, desde mediados de los 90 todavía se padece un deletéreo divorcio entre los límites de velocidad máxima señalizados (130/120 km/h) en algunas llamadas autopistas y se-miautopistas y sus velocidades directrices (110 y 100 km/h). Por ejemplo: RN9 Buenos Aires – Campana – Rosario, y RN8 Ramal Pilar, pródigas en accidentes mortales por errores de conducción, inducidos por defec-tos resultantes de la violación voluntaria de la ley, resoluciones, normas y reglas del arte.

Las velocidades directrices guían los diseños de elementos de los alineamientos horizontal y vertical según los principios físicos de equi-librio dinámico de un vehículo en movimiento curvo, y distancias visuales de detención en las curvas verticales, según modelos mate-máticos racionales cuyos coeficientes se ajustan según los resultados y observaciones de experiencias de campo que los investiga-dores realizan con actualizadas herramientas de medición de velocidad, desaceleraciones, distancias de frenado, fricciones neumático-calzada, peraltes, inclinaciones laterales del vehículo en medidas con riguroso control.

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El buen proyectista se adecua al sentir de los conductores; no debe pretender que estos se comporten como él pretenda.

En las curvas horizontales los elementos fijos son el radio y peralte, la velocidad se supone constante, y la fuerza reactiva de fricción lateral y longitudinal varía desde cero a máximos positivos o negativos, sobrepasado los cuales se produce el deslizamiento del vehículo. La separación de la fricción en sus componentes longitudinal (tangencial) y lateral (transversal) es un elemental artificio de cálculo que el proyectista debe considerar, dado que la variación de una componente significa la variación de la otra; por ejemplo, la distancia de detención no es igual en recta (fricción lateral nula) que en curva, donde la fricción longitudinal dismi-nuye por la aparición de la componente lateral.

Las fuerzas de fricción crecen con el peso del vehículo y disminuyen con la velocidad, y de-penden de las condiciones superficiales de calzada y neumáticos. En lugar de fuerzas se consideran aceleraciones y desaceleraciones.

Para una dada velocidad directriz, teniendo en cuenta adecuados coeficientes de seguridad, teóricamente el equilibrio dinámico se alcanza para una muy amplia gama de combinaciones de valores prácticos de radios, peraltes y fricciones, pero los accidentes frontales o por sali-da desde la calzada ocurren más para los radios menores. Es decir, el equilibrio dinámico no garantiza la seguridad del movimiento y el buen comportamiento de los conductores.

Para diseñar las curvas horizontales hay diversos métodos para combinar las fricciones y peraltes. Mayoritariamente para caminos rurales se adopta una combinación tal que a la velocidad de operación elegida por la mayoría de los conductores la fricción lateral sea nula, lo que resultaría en mayor comodidad y seguridad del movimiento porque se supone que al elegirla los conductores tienen bien presente su seguridad y comodidad.

Tal velocidad suele ser la velocidad media de marcha VMM = VO50 (velocidad de operación del 50º percentil) en flujo libre, o mejor, la velocidad de operación del 85º percentil VO85 de los vehículos en condiciones convenidas de flujo libre, sólo automóviles, calzada húmeda, buenas condiciones climáticas e iluminación.

Por razones prácticas el peralte se limita a determinados valores según el tipo de camino y zona rural o urbana, y clima (frío, calor, seco, lluvioso).

En la distribución del peralte de diseño, adoptando como velocidad de operación la elegida democráticamente por el x° percentil de los conductores, para fricción lateral nula, fijada una de las otras dos variables se determina la tercera.

El radio mínimo deseable es el correspondiente a la condición de peralte máximo (emáx), fricción lateral nula (fl=0) y velocidad media de marcha (VMM=VO50), o de operación (VO85), u otra, deducida estadísticamente a partir de la velocidad directriz VD, según la norma que se trate. En el otro extremo, para radios decrecientes o curvatura creciente, para velocidad directriz, fricción lateral máxima admisible y peralte máximo está la condición críti-ca para casos extremos, como dice Rühle; se alcanza entonces el radio mínimo absoluto para la VD seleccionada. Sería algo así como la condición de tensión de rotura de una viga, que en algún caso excepcional el proyectista vial podría verse obligado a adoptar; por ejemplo, en virtud de restricciones topográficas /presupuestarias, previa ‘excepción de dise-ño’ aprobada.

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Siguiendo las recomendaciones del Método 5 de AASHTO de distribución del peralte, las normas DNV67 de Rühle (no actualizadas en la versión DNV80) recomiendan distribuir el peralte para que a la velocidad media de marcha (VO50) la fricción lateral sea nula. Condi-ción ideal que no se cumple en gran parte del rango práctico de radios; en efecto, al preten-der una discutible transición gradual en el diagrama peralte y radio (o curvatura 1/R rad/m) para una dada VD, entre el enfoque cómodo y seguro y el caso extremo, en ambas normas se adoptaron distribuciones curvilíneas, tales que según cual sea el peralte máximo adopta-do, para un determinado radio e igual velocidad directriz resultan peraltes diferentes.

Para un determinado radio, para peraltes máximos de 6, 8 y 10% (Tablas 3, 4 y 5 DNV67 se obtienen tres peraltes diferentes), como consecuencia de la transición hacia la condición crítica, condición que algunos proyectistas creen que tienen iguales condiciones de seguri-dad en todo el rango de radios; obviando tener en cuenta que a igualdad de equilibrio diná-mico, por influencia del factor humano los accidentes en curva aumentan en frecuencia y gravedad al disminuir el radio (esto no ocurre en los ferrocarriles).

La peor situación ocurre con los proyectistas que usan sistemáticamente la condición crítica para diseñar sus curvas, por una pretendida razón de economía de movimiento de suelos; criticable proceder típico de quienes no tienen en cuenta los costos de los accidentes.

En la DNV10 se limitan los radios al mínimo deseable con la condición de velocidad media de marcha y fricción nula.

Como dato extremo se indica el rango entre los radios mínimos absolutos (peralte máximo y fricción máxima) para excepcionales extremos, y los radios mínimos deseables (peralte má-ximo, fricción nula y la VO50 correspondiente según correlaciones estadísticas a la VD del proyecto.

Cuando se disponga de datos fidedignos en la A10 se recomienda cambiar VO50 por la VO85, como es práctica común en los países con grandes bases de datos de registros de velocidades de operación en caminos de diferente clasificación funcional y velocidades di-rectrices, lo que les permite establecer correlaciones y modelos matemáticos, válidos para los caminos de las zonas desde donde provinieron los datos.

El problema inverso es inferir la velocidad directriz de una curva existente, de la cual se co-noce el radio, el peralte, y la norma original de aplicación (forma de distribuir el peralte); es decir, obtener la velocidad directriz inferida, VDI.

2 DEFINICIONES DE VELOCIDAD

2.1 VELOCIDAD DIRECTRIZ, - DE PROYECTO, -ESPECÍFICA (ESPAÑA)

BARNETT1: La velocidad directriz es la velocidad máxima razonablemente uniforme que podría ser adoptada por el grupo de conductores más veloces, una vez alejados de las zo-nas urbanas.

AASHTO2: La velocidad directriz es la máxima velocidad segura que puede mantenerse sobre una sección específica de camino cuando las condiciones son tan favorables que go-biernan las características de diseño del camino. La velocidad directriz deber ser lógica res-pecto de la topografía, uso del suelo adyacente y clasificación funcional del camino.

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Deben hacerse esfuerzos para usar una velocidad directriz tan alta como fuere práctico co-mo para alcanzar el deseado grado de seguridad, movilidad y eficiencia. Una vez seleccio-nada, todas las características viales pertinentes deben relacionarse con ella para obtener un diseño equilibrado. Deben usarse valores de diseño superiores al mínimo donde fuere posible. Algunas características, tales como curvatura, peralte y distancia visual están direc-tamente relacionadas con ella y pueden variar apreciablemente. Otras características, tales como anchos de carriles y banquinas y separaciones a muros y barandas no están directa-mente relacionados con la velocidad directriz, pero afectan a la velocidad directriz. Donde se cambie la velocidad directriz cambiarán muchos elementos de diseño.

DNV 67/80/10: Referida a una sección de camino, la velocidad directriz es la máxima veloci-dad a la que puede circular con seguridad en todos sus puntos un conductor de habilidad media manejando un vehículo en condiciones mecánicas aceptables en una corriente de tránsito con volúmenes tan bajos que no influyan en la elección de su velocidad, cuando el estado del tiempo, de la calzada y de la visibilidad ambiente son favorables. Un camino de una velocidad directriz dada no podrá ser recorrido con seguridad a dicha velocidad cuando, por ejemplo, soplan vientos huracanados, cuando la calzada se encuentre resbaladiza por formación de hielo, o cuando, de noche, no se encuentra convenientemente iluminado. Es la velocidad que define los parámetros mínimos de diseño referidos a distancias visuales, y alineamientos horizontal o vertical. Otros elementos referidos a la sección transversal como el ancho de calzada, banquinas, medianas y zona despejada de peligros están íntimamente ligados a la velocidad directriz y pueden restringirla. De no preverse aumentos apreciables de costos es recomendable proyectar un camino para una velocidad directriz superior a la de su categoría, prolongando su vida útil.

FHWA: La velocidad directriz es la establecida como parte del proceso de diseño geométri-co para un segmento específico del camino.

LEISCH: La velocidad directriz es una representante potencial de la velocidad de operación determinada por el diseño y la correlación de las características físicas (visibles, físicas) de un camino. Es indicativa de una velocidad máxima casi uniforme, o velocidad próxima a la máxima que un conductor podría mantener con seguridad sobre un camino en condiciones de tiempo ideales y con bajo tránsito (flujo libre) que sirve como índice o medida de la cali-dad del diseño geométrico vial.

MUTCD: La velocidad directriz es la velocidad determinada por el proyecto y la correlación de las características físicas de un camino que influyen en la operación del vehículo.

FAMBRO: La velocidad directriz es una velocidad seleccionada usada para determinar las características de diseño del camino.

La definición de Fambro fue adoptada por AASHTO a partir de su Libro Verde 2001 y por la FHWA. Tal como también define Rocci, se omite toda referencia a velocidad máxima segu-ra, y a condiciones de tránsito (flujo libre), composición del tránsito (sólo automóviles), con-dición de la calzada (húmeda), tiempo (bueno), conductor (medio), vehículo (buen estado).

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La definición actual tiene atisbos de círculo vicioso (la velocidad directriz es la velocidad que se usa para diseñar) porque los condicionantes y coeficientes de seguridad se incluyen en las definiciones de los elementos básicos de diseño que dependen de la velocidad directriz: distancia visual de detención (tiempo de percepción y reacción, fricción longitudinal, coefi-ciente de alturas) y equilibrio dinámico en curva (peralte máximo y mínimo, fricción lateral máxima en calzada húmeda, o fricción lateral nula para velocidad media de marcha o de operación para radios mayores que los mínimos absolutos, los cuales resultan para la situa-ción crítica de peralte máximo y fricción transversal máxima). Si no se exceden demasiado los costos, unánimemente las normas internacionales recomiendan diseñar para velocida-des directrices más altas, y se recomienda diseñar los elementos de los alineamientos hori-zontales y verticales (radios de curvas horizontales, distancias visuales, longitudes de cur-vas verticales) mayores que los mínimos resultantes para la velocidad directriz adoptada.

ESPAÑA

- específica

Sandro Rocci: En la práctica habitual, a cada elemento del diseño geométrico se le asocia una velocidad específica, cuya definición corresponde al percentil 85º de la distribución espacial de las velocidades (constantes) a las que se recorre ese elemento.

Norma 3.1 – IC: Velocidad específica de un elemento de trazado (Ve): Máxima velocidad que puede mantenerse a lo largo de un elemento de trazado considerado aisladamente, en condiciones de seguridad y comodidad, cuando encontrándose el pavimento húmedo y los neumáticos en buen estado, las condiciones meteorológicas, del tráfico y legales son tales que no imponen limitaciones a la velocidad. Se toma la fricción máxima según la Tabla 4.2.

- de proyecto (directriz)

Sandro Rocci5: La velocidad de proyecto de un tramo es la menor de las velocidades es-pecíficas de los elementos que lo componen. En estas definiciones no interviene la veloci-dad máxima a la que se puede circular por imperativos legales (genéricos o específicos).

La simple observación de la realidad española indica que el 85º percentil de la distribución de las velocidades reales de una gran parte de la red vial es superior a la velocidad máxima legal en 10 – 15 km/h; y queda un 15% que rebasa aún más el límite.

Norma 3.1 – IC: La velocidad de proyecto de un tramo (Vp) es la velocidad que permite definir las características geométricas mínimas de los elementos del trazado, en condiciones de comodidad y seguridad; se identifica con la velocidad específica mínima del conjunto de elementos que lo forman.

2.2 - MEDIA DE MARCHA

AASHTO2: La velocidad media de marcha de todos los vehículos es la medida de la veloci-dad más adecuada para evaluar el nivel de servicio y los costos de usuarios de la vía. La velocidad media de marcha es la suma de las distancias recorridas por los vehículos en una sección de camino durante un periodo de tiempo especificado dividido por la suma de sus tiempos de ejecución.

La velocidad media de punto es la media aritmética de las velocidades de todo el tránsito, medido en un punto especificado sobre la calzada.

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AASHTO 94

Según AASHTO 94, la relación general entre la velocidad directriz y la VMM se encuentra influida por los distintos volúmenes de tránsito: cuando el volumen aumenta la VMM dismi-nuye por la interferencia entre los vehículos.

Por regresión y mejor ajuste de los valores para bajo volumen de tránsito, Figura II-22 se obtuvo: VMM = V V ≤ 40 km/h VMM = 1.782 V 0.83758 V > 40 km/h

AASHTO 11

Por regresión y mejor ajuste de los valores tabulados en la Tabla 3-6, se obtuvo: VMM = V V ≤ 40 km/h VMM = 1.8968 V 0.82298 V > 40 km/h

DNV 67/80/10: En condiciones de flujo libre, velocidad promedio. 50° percentil, de una co-rriente de tránsito computada como la longitud de un segmento de camino dividida por el tiempo promedio de viaje de los vehículos que atraviesan el segmento, en kilómetros por hora.

En condiciones de flujo libre, sumatoria de las distancias recorridas por todos los vehículos dividida por el tiempo de marcha. También referida como velocidad de espacio medio, en tanto que velocidad de tiempo medio es simplemente el promedio de las velocidades regis-tradas.

DNV 67/80

Para los valores tabulados en el Cuadro Nº I-3, página 12, de la velocidad media de marcha VMM en función de la velocidad directriz VD, por regresión y mejor ajuste se obtuvo: VMM = 1.035 VD – VD2/400

Así para VD = 30, 60, 90 y 120 km/h se obtiene VMM = 29, 53, 73, 88 km/h (redondeada), ajustados al Cuadro y al comentario de Rühle:

“Dado que los caminos que se proyectan en el presente (histórico 1967) deberán servir al tránsito futuro, se considera razonable adoptar como velocidad media de marcha 88 km/h cuando la velocidad directriz sea de 120 km/h.”

Estas premoniciones del ing. Rühle se basaron en el Cuadro Nº I-2 sobre la evolución de la velocidad media de marcha entre 1948 y 1964 en los EUA, estudios en algunos caminos de la provincia de Buenos Aires, y estimación sobre la evolución del porcentaje de camiones hasta 30% en 1992.

DNV 10

La actualización A10 adoptó los valores de AASTHO 94 para bajo volumen de tránsito. Por regresión y mejor ajuste de los valores para bajo volumen de tránsito, Figura II-22 se obtuvo: VMM = V V ≤ 40 km/h VMM = 1.782 V 0.83758 V > 40 km/h

Para VD = 30, 60, 90 y 120 km/h se obtiene VMM = 30, 55, 77, 98 km/h.

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2.3 - DE OPERACIÓN

DNV104: Velocidad a la cual se observa que los conductores operan sus vehículos durante condiciones favorables de: flujo libre, clima, visibilidad y calzada húmeda. Se considera flujo libre cuando la separación entre los vehículos es de 5 segundos o más, para que sólo influ-yan sobre la elección de la velocidad la geometría del camino.

En tanto la velocidad directriz es teóricamente posible, la de operación es la observada en caminos existentes, y prevista para condiciones de proyecto similares a las existentes.

- del 85º percentil: Velocidad observada debajo de la cual viajan el 85 por ciento de los vehículos en condiciones de flujo libre.

2.4 - DIRECTRIZ INFERIDA

Los alineamientos horizontales (y verticales) se diseñan para una velocidad directriz desig-nada (seleccionada) de acuerdo con las normas de diseño geométrico correspondientes.

El proceso inverso es tratar de inferir cuál fue la velocidad directriz seleccionada del proyec-to geométrico de un camino existente, de cuyas curvas se conocen R y e por medición, y la norma de aplicación. Tal velocidad recibe el nombre de velocidad directriz inferida, VDI, que por definición, en un buen diseño debería ser igual a la VD designada (desconocida de otra forma).

2.5 - MÁXIMA SEGURA CRÍTICA

Un concepto distinto de la velocidad directriz (designada o inferida) es la velocidad máxima segura crítica o límite, VMSC, inferida a partir de los valores R y e medidos, para fricción lateral máxima. Se resuelve por iteración, dado que la fricción lateral máxima es función de la velocidad que se busca. Concepto similar al de velocidad específica de la norma espa-ñola.

3 EQUILIBRIO DINÁMICO

El principal criterio de proyecto de una curva horizontal es la oposición a la fuerza centrífuga desarrollada cuando el vehículo se mueve en una trayectoria curva.

Figura 1: Las fuerzas que ac-túan sobre un vehículo circu-lando a velocidad V en una curva horizontal de radio R, con calzada inclinada respecto al plano horizontal, son:

Fuerza centrifuga Fricción transversal Peso

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El estudio del equilibrio dinámico conduce a la función:

fteR127

V2

Donde:

v: velocidad m/s

V: velocidad km/h

R: radio de la curva

e: peralte de la curva (e = tangente β)

ft: fricción transversal

g: aceleración de la gravedad

El peralte y la fricción transversal se oponen a la solicitación de la fuerza centrífuga.

Peralte: inclinación transversal de la calzada, tangente β. La inclinación hace que parte de la aceleración lateral actúe perpendicular a la calzada peraltada. Esto se siente como una fuerza hacia abajo (con respecto al vehículo) por parte de los ocu-pantes del vehículo

Fricción transversal: fuerza reactiva lateral o transversal entre los neumá-ticos y la superficie de la calzada mientras un vehículo recorre una cur-va horizontal, expresada como un coeficiente adimensional de la fuerza vertical impuesta por el peso del vehículo

Si la velocidad es equilibrada por el peralte, la fuerza lateral que actúa hacia el exterior sobre el vehículo se-rá contrarrestada por las fuerzas que empujan al vehículo hacia abajo de la pendien-te de la inclinación. El vehículo y sus ocupantes experimentarán una fuerza hacia abajo (perpendicular a la calzada) y el vehículo viajará alrededor de la curva con poca presión sobre el vo-lante de dirección. Esta es una condición neutral o de equilibrio.

Si el vehículo se desplaza más rápido que la velocidad de equilibrio, la fuerza lateral resultante actúa hacia el exterior sobre el vehículo y sus ocupantes. A velocidades excesivas, el vehículo se desequilibra, y se deslizará o rodará afuera del camino.

Si la velocidad es inferior a la velocidad de equilibrio, el vehículo y sus ocupantes son empujados hacia adentro. Una inclinación extrema puede hacer que los vehículos muy pesados y lentos o detenidos vuelquen hacia el interior de la curva. Además, las condiciones de hielo pueden hacer que el vehículo se deslice hacia debajo de la in-clinación, sobre todo cuando los neumáticos están girando para acelerar en una condición de tránsito stop and go.

g)fte(R

v2

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4 CONDICIONES LÍMITES

4.1 PERALTE

Peralte máximo, emáx

Los factores que controlan los valores máximos de peralte son: o Condiciones topográficas: llanura o montaña o Condiciones climáticas: zonas de heladas y nevadas o Condiciones de operación de los vehículos: zonas de bajas velocidades, inter-

secciones frecuentes, zonas suburbanas o urbanas

Donde la nieve y el hielo son un factor de control de diseño, el peralte no debe exceder el valor al cual un vehículo detenido o de baja velocidad se deslice hacia el centro de la curva con pavimento helado. La práctica de limitar el peralte en zonas frías, de modo que un vehículo detenido no se deslice si la calzada está cubierta de hielo es objetada por algunos proyectistas. Se razona que contra la muy baja probabilidad de tal suceso (hielo + vehículo detenido) está la muy alta probabilidad de que los vehículos que entran en la curva con tal restricción del peralte puedan, aun a velocidades razonables, exceder el factor de fricción transversal, con la consecuente pérdida de control, situación obviamente más peligrosa. Se considera que un enfoque más racional sería minimizar el riesgo de pérdida de control para el caso de la velocidad típica sobre una superficie congelada. Esta podría ser la veloci-dad promedio para los vehículos en operación sobre secciones rectas del camino con calza-da congelada, El peralte sería calculado para absorber íntegramente la aceleración centrífu-ga correspondiente a la velocidad típica. A velocidades más altas, el fenómeno de hidroplaneo parcial puede producirse en curvas con mal drenaje que permitan la acumulación de agua de lluvia en la superficie del pavimen-to. Por lo general el deslizamiento ocurre en las ruedas traseras, cuando el efecto lubricante de la película de agua reduce la fricción disponible lateral por debajo de la demanda de fric-ción para las curvas. Cuando se viaja lentamente alrededor de una curva con peralte alto se desarrollan fuerzas laterales negativas y el vehículo sólo se mantiene en la trayectoria correcta cuando el con-ductor presiona el volante hacia arriba, en contra del sentido de la curva horizontal. Volantear en tal sentido le parece antinatural al conductor y puede explicar la dificultad de conducción en caminos donde el peralte supera al necesario como para viajar a velocidades normales. Estos peraltes altos no son deseables en los caminos de alto volumen, como en las zonas urbanas y suburbanas, donde hay numerosas ocasiones en que las velocidades de los vehículos deben reducirse sustancialmente por el volumen de tránsito u otras condi-ciones. Algunos vehículos tienen centros de gravedad altos y algunos coches de pasajeros están suspendidos libremente sobre sus ejes. Cuando estos vehículos viajan lentos en pendientes transversales fuertes, los neumáticos cuesta abajo (interiores de la curva) llevan un alto por-centaje del peso del vehículo, y pueden volcar si esta condición se vuelve extrema. Internacionalmente se aceptan peraltes máximos entre 4 y 12%. Esta limitación al valor má-ximo del peralte impide compensar sólo con peralte, toda la fuerza centrífuga. Es necesario recurrir a la fricción para impedir el deslizamiento lateral del vehículo hacia el exterior de la curva.

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LIBROS VERDES AASHTO

La consideración conjunta de los factores mencionados conduce a la conclusión de que nin-gún valor de peralte máximo sea universalmente aplicable. Sin embargo, en favor de la coherencia de diseño es deseable utilizar un solo tipo de peralte máximo en una región de similar clima y uso del suelo.

La coherencia de diseño representa la uniformidad del alineamiento y las asociadas dimen-siones de elementos de diseño. La uniformidad permite a los conductores mejorar sus habi-lidades de percepción-reacción mediante el desarrollo de expectativas. Los elementos de diseño no uniformes para el mismo tipo de camino son contrarios a las expectativas del con-ductor y aumentan su carga de trabajo mental. Lógicamente, hay una inherente relación entre la coherencia del diseño, carga de trabajo del conductor, y frecuencia de choques, con diseños “coherentes” asociados con menores cargas de trabajo y choques.

Para caminos de uso común, el peralte mayor es 10%, aunque en algunos casos se utiliza 12%. Los peraltes mayores que 8% sólo se utilizan en zonas sin nieve y hielo. A pesar de que los peraltes más altos son ventajosos para quienes viajen a altas velocidades, la prácti-ca actual considera que peraltes superiores al 12% están más allá de los límites prácticos.

Esta práctica reconoce los efectos combinados de los procesos de construcción, dificultades de mantenimiento, y operación de los vehículos a velocidades bajas.

Por lo tanto, un peralte de 12% parece representar un valor práctico máximo, donde no exis-tan nieve y hielo. Un peralte de 12% puede utilizarse en caminos enripiados de bajo volu-men para facilitar el drenaje transversal; sin embargo, tales peraltes pueden alentar veloci-dades más altas, que conduzcan a la formación de roderas y desplazamiento de ripio. Gene-ralmente se reconoce 8% como un valor máximo razonable para el peralte.

Donde los factores de control sean la nieve y el hielo, las pruebas y experiencia muestran que un peralte máximo de 8% minimiza el deslizamiento de los vehículos a través de un ca-mino al parar o intentar arrancar lentamente desde una posición de parada.

Donde la congestión del tránsito o el desarrollo marginal extensivo actúan para restringir las velocidades máximas, es práctica común utilizar un peralte máximo más bajo, generalmente de 4 a 6%. Del mismo modo -en las intersecciones importantes o de donde haya tendencia a conducir lentamente por los movimientos de giro y cruce, dispositivos de advertencia y se-máforos- se usan peraltes máximos bajos o ningún peralte.

En resumen, se recomienda que (1) al establecer los controles de diseño de las curvas de-ben reconocerse varios valores de peralte máximo en lugar de un único tipo, (2) no debe superarse un peralte de 12%, (3) un peralte máximo de 8% representa un peralte máximo lógico, independientemente de las condiciones de nieve o hielo, que tiende a reducir la pro-babilidad de que los conductores lentos experimenten fricción lateral negativa, lo que puede dar lugar a un esfuerzo excesivo sobre el volante de dirección, y a una operación errática, (3) un peralte de 4 o 6% es aplicable para diseño urbano en zonas con pocas limitaciones, y (4) el peralte puede omitirse en calles urbanas de baja velocidad con fuertes restricciones. Para tener en cuenta un amplio rango de práctica de los organismos viales, en este capítulo se presentan cinco peraltes máximos: 4, 6, 8, 10, y 12%.

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DNV 67/80 - DNV 10

Sobre la base de la combinación de los factores mencionados, se fijaron tres valores máxi-mos del peralte:

Peralte máximo

Condiciones en que se desarrolla la ruta

10% En zonas rurales montañosas, con heladas o nevadas poco frecuentes

8% En zonas rurales llanas, con heladas o nevadas poco frecuentes

6% En zonas próximas a las urbanas, con vehículos que operan a bajas veloci-dades, o en zonas rurales, llanas o montañosas, sujetas a heladas o neva-das frecuentes

Peralte mínimo: bombeo removido, BR

Para drenar lateralmente la superficie, se da a la calzada en curva una pendiente transversal mínima igual, en valor absoluto, a la de la calzada en recta. Para curvas de radios muy grandes, donde la aceleración centrífuga es muy baja (0.015), la sección curva se trata co-mo recta (bombeo normal). Caso contrario, se peralta la sección curva con la pendiente transversal mínima, bombeo removido.

La pendiente mínima que se utiliza es aquella que permite un adecuado drenaje superficial en los límites tolerables para la operación segura del tránsito: 2% para caminos pavimenta-dos y 3% para las superficies de grava.

NORMA 3.1 – IC TRAZADO, ESPAÑA

Peralte

máximo Tipo de camino

8% Grupo 1: Autopistas, autovías, vías rápidas y carreteras C-100

7% Grupo 2: Carreteras C-80, C-60 y C-40

4.2 FRICCIÓN TRANSVERSAL (LATERAL) MÁXIMA

La fricción permite tomar curvas, frenar y transmitir las fuerzas de aceleración desde los neumáticos hacia el pavimento. En lugar de utilizar el "coeficiente de fricción" de la dinámi-ca, los ingenieros viales utilizan una relación de fuerzas laterales que el pavimento pueda resistir, comúnmente conocida como "factor de fricción."

El factor de fricción para contrarrestar las fuerzas centrífugas se reduce en un vehículo al frenar (desaceleración) o acelerar. Por ejemplo, cuando la mayor parte de la fricción se usa para una detención de pánico, hay poca fricción disponible para tomar las curvas. Los sis-temas de frenos antibloqueo (ABS) mejoraron mucho este aspecto.

El factor de fricción también depende de numerosas variables: velocidad, peso y suspensión del vehículo, estado de los neumáticos (desgaste, presión de inflado, temperatura, diseño del neumático (banda de rodadura, área de contacto, compuesto de goma, rigidez lateral), pavimento, y cualquier sustancia entre el neumático y pavimento.

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Dado que el factor de fricción disminuye a medida que aumenta la velocidad, en el mundo se realizaron numerosos estudios para desarrollar factores de fricción para diferentes velo-cidades. El factor de fricción disminuye sustancialmente cuando las ruedas giran más rápido o más lento que la velocidad del vehículo (por ejemplo, en un derrape los neumáticos giran cuando se trata de acelerar o parar en el hielo, y durante un recalentamiento o desgaste de dibujo. El límite superior del factor de fricción lateral es el punto en el que el neumático em-pieza a patinar, lo que se conoce como punto de deslizamiento inminente. Debido a que las curvas viales se diseñan para que los vehículos puedan evitar el deslizamiento con un mar-gen de seguridad, los valores f utilizados en el diseño deben ser sustancialmente menores que el coeficiente de fricción de deslizamiento inminente. El factor de fricción lateral en deslizamiento inminente depende, principalmente de la veloci-dad del vehículo, el tipo y condición de la superficie de la calzada, y el tipo y condición de los neumáticos del vehículo. En el diseño geométrico a menudo se malinterpreta el uso de los factores de fricción límites o máximos; éstos no se determinan solamente como un asunto de física o ingeniería mecá-nica. Las maniobras de giro se vuelven más demandantes para los conductores a medida que aumenta la aceleración lateral desequilibrada (fricción lateral). Por ello se consideran los factores humanos al establecer los factores de diseño de la fricción lateral máxima. Las curvas horizontales no deben diseñarse directamente sobre la base del máximo factor de fricción lateral disponible. Más bien, el factor de fricción lateral máxima utilizada en el diseño debe ser la parte de la fricción lateral máxima disponible que se puede utilizar con comodidad, y sin probabilidad de deslizamiento por la gran mayoría de los conductores. Los niveles de fricción lateral de pavimentos vidriosos, sangrados, o de otra forma carentes de razonables propiedades antideslizantes no deben controlar el diseño, porque tales condicio-nes son evitables, y el diseño geométrico debe basarse superficies de pavimento en condi-ciones aceptables, alcanzables a costo razonable.

AASHTO11

De ajuste: ftmáx = 0.8378 – 0.162 Ln V (km/h) V < 65 km/h ftmáx = 0.2403 – 0.0012 V (km/h) V ≥ 65 km/h

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DNV 67/80

Adopta la relación lineal decreciente: ftmáx = (0.196 – 0.0007 V)

DNV 10

Adopta los valores de AASHTO 1994. Por correlación y mejor ajuste de los valores de la Tabla III-6: ftmáx = 0.188 – 3V/5000 V ≤ 80 km/h ftmáx = 0.24 - V/800 V > 80 km/h


ftmáx = 0.2382 – 3V/2000 V < 80 km/h ftmáx = 0.1926 - 9V/10000 V ≥ 80 km/h

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GRÁFICO COMPARATIVO

4.3 RADIOS MÍNIMOS ABSOLUTOS

De la fórmula básica fte

R127

V2

y para la Velocidad Directriz, emáx y ftmáx, se obtienen

los radios mínimos absolutos.

AASHTO11

El radio mínimo de curvatura se basa en un umbral de la comodidad del conductor, sufi-ciente para dar un margen de seguridad contra el deslizamiento y el vuelco del vehículo. El radio mínimo de curvatura es también un valor de control importante para de-terminar los valores de peralte de las curvas más abiertas.

DNV 67/80

También llamados mínimos admisibles en la Tabla Nº 2

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DNV 10

Para la velocidad directriz y peralte máximo dados, es el valor del radio correspondiente a la condición límite de seguridad contra el deslizamiento lateral: fricción transversal húmeda máxima.

En esta condición de radio mínimo absoluto, ningún conductor se sentirá cómodo o seguro al viajar a la velocidad directriz. Esta condición se reserva para casos excep-cionales donde el proyectista tiene la obligación de eludir tanto como sea posible y práctico.


Radio mínimo

Tipo de camino

250 Grupo 1: Autopistas, autovías, vías rápidas y carreteras C-100

50 Grupo 2: Carreteras C-80, C-60 y C-40

7352 PALABRAS

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BIBLIOGRAFÍA

1 Barnett, Joseph Curvas con transiciones para caminos. DNV 3ª Edición 1954 2 AASHTO 2.1 Libro Verde 1994. 3a Edición https://goo.gl/OZFYXN 2.2 Libro Verde 2011. 6a Edición http://goo.gl/dmRCLY 3 DNV 67/80. Normas de diseño geométrico de caminos rurales. https://goo.gl/YBjMFf 4 DNV A10.

Actualización 2010 Normas y recomendaciones de diseño geométrico y seguridad vial – Instrucciones generales de estudios y proyectos A) Obras básicas http://goo.gl/fRq2nL

5 Rocci, Sandro 2003 Capacidad, trazado y sección transversal. Universidad Politécnica de Madrid. https://goo.gl/7EHuxa 2006 Revisión de los límites de velocidad en los caminos españoles. Asociación Téc- nica de Carreteras. España. InfoAEC N° 108 https://goo.gl/zsUpby 6 FHWA https://goo.gl/PbeZE4 7 Leisch – Neuman – Glennon Curvas de Caminos Rurales https://goo.gl/Lbxvk7 8 MUTCD Manual on Uniform Traffic Control Devices http://goo.gl/7hKVZW 9 Fambro, Daniel B. y otros NCHRP Report 400 TRB Determinación de las distancias visuales de detención. http://goo.gl/umU4kp 10 España. AEC Norma 3.1 – IC http://goo.gl/VmklTS http://goo.gl/UgbB6Q 11 TRB NCHRP SR 254. 1998 – Administración de la velocidad https://goo.gl/xhoXXm 12 FHWA. Conceptos de velocidad: Guía informativa. 2009. Pub. N° FHWA-SA-10-001 https://goo.gl/zLlPRT 13 Sierra, Francisco J. XII CAVyT 1997. Comparación normas DNV 67/80 - AASHTO 1994 (Premio) Revista Carreteras - https://goo.gl/6CNTGu 001 14 Kanellaidis, George. Diseño de peralte en curvas viales. 1995/99. Universidad de Atenas. http://goo.gl/oc7Iez 15 TRB NCHRP Report 439. Métodos de distribuir el peralte y diseños de transiciones http://goo.gl/qzTvY9 16 Moreno, Eduardo Rosendo EICAM 2007. Distintos criterios para determinar el peralte https://goo.gl/fIZELi 17 Sierra, Francisco J. EGIC DNV-UBA 1986. Trazado y Diseño Geométrico https://goo.gl/VbPT91

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18 Sierra, Francisco J. XIII CAVyT 2001. La seguridad vial y las velocidades máximas señalizadas en las autopistas (Mención especial) https://goo.gl/8wSXs5 004 19 NYSDOT Recomendaciones para diseñar el peralte según AASHTO https://goo.gl/4A1uTz 20 BLOG FiSi Velocidad http://goo.gl/5QS1Dc Ruediger Lamm http://goo.gl/Mkioyv 21 Universidad Trieste Límites longitud curva de transición https://goo.gl/iSjtCm 22 Simposio Dº Gº Valencia 2010 Country Reports x14 http://goo.gl/r2JWfv Compilación 26 trabajos en 5 grupos https://goo.gl/aQvfS4 23 Simposio Dº Gº Vancouver 2015 Country Reports x14 http://goo.gl/HJkdPw Compilación 10 trabajos ISV https://goo.gl/YuPY5A

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Trabajo Técnico: DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE Y FRICCIÓN TRANSVERSAL Área Temática Proyecto de Carreteras

Autores Alejandra Débora Fissore – Ingeniera Civil UNSa

Florida 141 1º A


(0387) 4319246

[email protected]

Francisco Justo Sierra - Ingeniero Civil UBA

Avenida Centenario 1825 - 9A CP 1643


(011) 47471829

[email protected]

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ÍNDICE

RESUMEN

1 INTRODUCCIÓN

1.1 BARNETT en Fundamentos para Elegir el Peralte

2 DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE

2.1 DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE LIBROS VERDES AASHTO

2.2 DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE DNV 67/80

2.3 DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE DNV 10

2.5 DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE NORMA 3-1 I-C ESPAÑA

2.6 OTRAS NORMAS INTERNACIONALES

3 DISTRIBUCIÓN DE LA FRICCIÓN TRANSVERSAL

3.1 DISTRIBUCIÓN DE LA FRICCIÓN TRANSVERSAL DNV 67/80

3.2 DISTRIBUCIÓN DE LA FRICCIÓN TRANSVERSAL DNV 10

3.3 DISTRIBUCIÓN DE LA FRICCIÓN TRANSVERSAL 3-1 I-C ESPAÑA

BIBLIOGRAFÍA

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RESUMEN 20026 - RES




1) Velocidades y equilibrio dinámico en curvas

2) DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE

3) Velocidad directriz inferida y máxima segura crítica







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DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE

1 INTRODUCCIÓN

Según Joseph Barnett, en Fundamentos para Elegir el Peralte:

Debido a la limitación práctica impuesta al aumento del peralte, no es posible compensar totalmente con él la fuerza centrífuga en las curvas cerradas, por lo que es necesario recurrir a la fricción, para que sumada al efecto del peralte impida el deslizamiento lateral del vehícu-lo hacia el exterior. Así, cuando un vehículo circule a la velocidad directriz utilizará baja fric-ción al recorrer curvas abiertas, y alta en las cerradas.

No será correcto un trazado en el cual se utilice el máximo de fricción en algunas cur-vas, mientras que en otras, para igual velocidad, no se utilice. Parece más convenien-te proyectar para que parte del valor de la fricción se emplee en las curvas abiertas, manteniendo su valor por debajo de los máximos adoptados en las curvas cerradas.

Este propósito puede realizarse calculando los peraltes para una velocidad equivalente a una determinada fracción de la velocidad directriz adoptada. En la práctica, el mayor peralte es de 12%, y el valor máximo del coeficiente de fricción, dentro de un margen adecuado de seguridad, es 0,16. Por consiguiente, en una curva de radio mínimo absoluto y circulando a la velocidad directriz, sólo el 43% de la fuerza centrífuga será contrarrestada por efecto del peralte, debido a que la relación 0.12/(0.12 + 0.16) = 0.43. Si se proyectan los peraltes de manera que justamente el 43% de la fuerza centrífuga sea absorbida por ellos y el resto por la fricción, tendremos que sólo en las curvas de radios mínimos se utilizará el peralte máxi-mo práctico de 12% y en las de radio mayor el peralte decrecerá proporcionalmente al au-mentar el radio. Esta forma de calcular los peraltes lleva a una reducción del margen de se-guridad para los vehículos que recorren las curvas amplias a velocidades superiores a la directriz prevista. Si donde fuera posible se tratara de contrarrestar el 100% de la fuerza cen-trífuga con el peralte, el cálculo llevaría a adoptar el máximo de 12% en la gran mayoría de las curvas halladas en la práctica, lo que también es objetable.

Sobre la base de las consideraciones anteriores, el ingeniero Joseph Barnett aconsejó con-trarrestar con el peralte un valor de aproximadamente 55% de la fuerza centrífuga, para lo cual aconsejó calcular el peralte en tal forma que contrarreste íntegramente la fuerza centrí-fuga desarrollada por un vehículo que circule al 75% de la velocidad directriz. (“Safe Side Friction Factors and Superelevation Design”, J. Barnett. “Proceedings sixteenth annual meet-ing – Highway Research Board, 1936).

Para obtener un diseño equilibrado de las curvas horizontales deben determinarse los radios que para la velocidad directriz dada utilicen valores de fricción inferiores a los máximos es-tablecidos como seguros. Los peraltes máximos se limitan por razones prácticas, atendiendo a factores topográficos, climáticos y de operación de vehículos.

Los radios mínimos absolutos, caso crítico determinados con la ecuación básica

fteR127

V2

[Ec. 1] para la velocidad directriz, peralte máximo y fricción lateral máximo,

por analogía con el cálculo estructural serían como la tensión de rotura con un bajo factor de seguridad

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En zona llana y ondulada es rara la necesidad de adoptar un radio mínimo absoluto, al cual suele ser necesario recurrir en zona montañosa y muy montañosa por economía de costos de construcción, aunque no de seguridad, dado que está ampliamente demostrado que, a igualdad de equilibrio dinámico en curva, para una dada velocidad directriz los accidentes crecen en frecuencia y gravedad al disminuir el radio (o crecer la curvatura).

2 DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE

2.1 DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE LIBROS VERDES AASHTO

Para distribuir el peralte y la fricción en un rango de curvas correspondiente a una velocidad directriz seleccionada, AASHTO describe cinco métodos para contrarrestar la fuerza centrí-fuga:

1. El peralte y la fricción lateral son direc-tamente proporcionales a la curvatura 1/R.

2. El factor de fricción es tal que un vehículo que viaje a la velocidad direc-triz tiene toda la fuerza centrífuga con-trarrestada en proporción directa por la fricción lateral sobre curvas arriba de las que requieren fricción máxima. Pa-ra curvas más cerradas, f permanece máxima y e es entonces usado en pro-porción directa al continuado creci-miento de la curvatura, hasta que el peralte alcanza su máximo.

3. El peralte es tal que un vehículo que viaje a la velocidad directriz tiene toda la fuerza centrífuga contrarrestada en proporción directa por el peralte en las curvas hasta la que requiere el peralte máximo. Para curvas más cerradas el peralte permanece máximo y entonces se usa la fricción en proporción directa al continuo crecimiento de la curvatura 1/R, hasta que la fricción alcanza su máximo.

4. Similar el método 3, excepto que se basa en la velocidad media de marcha, en lugar de la directriz.

5. El peralte y la fricción lateral están en relación curvilínea con la curvatura, con valores entre los valores de los métodos 1 y 4.

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Relaciones comparativas de peralte en función de la curvatura para los cinco métodos. Valor de la fricción lateral de un vehículo que viaja a la velocidad directriz en función de la curvatura Valor de la fricción lateral de un vehículo que viaja a la velocidad media de marcha en fun-ción de la curvatura. CLAVE: Ο = MÉTODO DE DISTRIBUCIÓN DE e y f. Método 1 Tiene considerable mérito y lógica además de su simplicidad. Para los vehícu-los que viajen a la velocidad directriz resulta en factores de fricción lateral con una variación lineal desde cero en rectas hasta el máximo en la más fuerte curvatura permisible. Su éxito dependerá del viaje a velocidad constante de cada vehículo en la corriente de tránsito. Aunque la velocidad uniforme es el objetivo de la mayoría de los conductores y puede al-canzarse en caminos bien diseñados cuando los volúmenes son bajos, en algunos conduc-tores hay tendencia a viajar más rápido en rectas y curvas amplias que en curvas cerradas, particularmente después de ser demorado por la incapacidad de adelantarse a los vehículos de movimiento más lento. Esta tendencia apunta hacia la conveniencia de proveer valores de peralte de las curvas intermedias algo en exceso de las que resultan de la aplicación de este método. Método 2 Usa la fricción lateral para contrarrestar toda la fuerza centrífuga hasta la cur-vatura correspondiente a la máxima fricción lateral permisible, la disponible en las curvas fuertes. El peralte se introduce después de usar la fricción máxima permisible. Es decir, no se necesita peralte en las curvas suaves que requieren menos fricción lateral que la máxima permisible para los vehículos que viajan a la velocidad directriz. Cuando se necesita, el pe-ralte aumenta rápidamente al crecer la curvatura y la fricción permanece en su máximo. El método depende totalmente de la fricción lateral disponible y su uso se limita a lugares don-de la velocidad de viaje no es uniforme, como en las calles urbanas. Método 3 El peralte contrarresta toda la fuerza centrífuga desarrollada a la velocidad directriz en todas las curvas, hasta la que requiere el máximo peralte práctico, el cual se provee en todas las curvas más cerradas. No se requiere fricción en las curvas amplias con peralte menor que el máximo para los vehículos que viajan a la velocidad directriz, y la fric-ción lateral requerida crece rápidamente al crecer la curvatura de las curvas con peralte má-ximo. Para los vehículos que viajan a la velocidad media de marcha resulta fricción negativa sobre curvas muy amplias, hasta alrededor de la mitad del rango*, sobre cuya curvatura la fricción lateral crece rápidamente hasta el máximo para el radio mínimo. Esta diferencia en la fricción lateral requerida para diferentes curvas no es lógica, y resulta en una conducción errática, tanto viajando a la velocidad directriz, como a la velocidad media de marcha. Método 4 Intenta superar las deficiencias del método 3 usando el peralte para una velo-cidad menor que la directriz. Con el peralte se contrarresta toda la fuerza centrífuga que ac-túa sobre los vehículos que viajan a la velocidad media de marcha sobre curvas amplias, hasta el radio (mínimo deseable) que requiere el peralte máximo práctico. Aproximadamente la velocidad media de marcha varía entre el 83 y 100% de la velocidad directriz. El peralte máximo se alcanza cerca de la mitad del rango de curvatura*. Para curvas más cerradas hasta la de radio mínimo absoluto la fricción crece rápidamente. Método 5 Consiste en una línea curva en el diagrama peralte-curvatura entre el rango triangular entre las curvas 1 y 4, y representa una distribución del peralte y fricción lateral ‘razonablemente satisfactoria’. La curva 5 de forma de parábola asimétrica representa una ‘distribución práctica’ en el ‘rango de curvatura’*.

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* Para cada velocidad directriz el rango de curvatura o el rango de radios comprende las curvaturas (1/R) o radios (R) entre el peralte máximo y el peralte 2% (bombeo removido).

AASHTO recomienda el método 5 para distri-buir e y f para todas las curvas mayores que la de radio mínimo absoluto para la velocidad directriz.

Figura 3: Procedimiento del método 5 AASHTO para desarrollar la distribución final de e.

2.2 DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE DNV 67/80

Para un diseño equilibrado de las curvas horizontales deben determinarse los radios para que a la velocidad directriz se utilicen valores de fricción inferiores a los máximos esta-blecidos como seguros.

Radios mínimo deseables

Para una determinada VD, a partir del radio mínimo absoluto, al crecer los radios f disminu-ye. Convencionalmente, un primer criterio para fijar radios deseables sería el de encuadrar en ellos a los que a la velocidad directriz desarrollan una fricción menor que la mitad de la máxima, para esa velocidad directriz. Un segundo criterio sería considerar como deseables los radios que durante la noche permitan iluminar suficientemente a objetos coloca-dos en la calzada de la curva del camino, a una distancia igual a la de frenado. Si se adoptara la distancia de frenado correspondiente a la velocidad directriz, los radios mínimos que cumplirían las condiciones anteriores serían excesivamente grandes para velocidades directrices elevadas. No obstante, como por lo general la velocidad de los vehículos es menor durante la noche, se considera suficiente adoptar la distancia de frenado correspondiente a una velocidad igual al 90% de la directriz. Cuadro Nº II-8, pág. 27.

VD (km/h) Radio mínimo deseable (m) 100 250 110 400 120 600 130 1200

La suposición de velocidades menores que la directriz en operación nocturna no fueron con-firmadas por la realidad, y suponer en curva distancias de frenado iguales a las calculadas en los alineamientos rectos no es correcto, dado que la fricción longitudinal disponible dismi-nuye por el consumo de parte la fricción total por la fricción lateral en las curvas. Este error conceptual suele cometerse también para el cálculo de la separación M a obstáculos latera-les en el interior de las curvas horizontales para proveer distancia visual de detención.

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Tampoco se explica el porqué de los radios mínimos deseables; ¿visibilidad, seguridad, co-modidad, encuestas?

Distribución del peralte

Para una velocidad directriz dada, hay diversos métodos de fijar el peralte en función del radio:

1. El peralte se hace inversamente proporcional al radio; al peralte máximo corresponde Rmínimo.

2. El peralte se determina para que contrarreste la fuerza centrífuga sobre un vehículo que viaje la velocidad directriz desde un radio que corresponde a peralte máximo. Para curvas de radios menores se mantiene el peralte máximo.

3. Similar al método anterior, excepto que se basa en la velocidad media de marcha, velocidad de operación del 50º percentil.

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4. Para radios grandes, el peralte se determina para que contrarreste totalmente la fuerza centrífuga que actúa sobre un vehículo que se desplace a la velocidad media de marcha (en este rango de radios ‘grandes’ el método es similar al Método 4 de AASHTO). A partir de un determinado radio (R3) y hasta el radio mínimo absoluto (Rmín), el peralte aumenta gradualmente para hacerse máximo en correspondencia con el radio mínimo.

Para determinar los peraltes se adoptó este método 4º. En función del radio y de la veloci-dad directriz, los peraltes están dados en las tablas Nº 3, 4 y 5.

El ing. Rühle no indicó cómo se calcula el R3, a partir del cual los radios serían gran-des, por lo que se desconoce la ley del ‘aumento gradual’ del peralte entre el de R3 y el máximo de R1. Los valores de peralte en % están tabulados redondeados a la uni-dad, por lo que resulta una representación gráfica escalonada; las ecuaciones de re-gresión de prueba y mejor ajuste tienen una imprecisión desconocida porque se des-conocen los redondeos.

En 1983 el Intal de Chile publicó el proyecto de Normas Unificadas de Diseño Geo-métrico de los Países del Cono Sur, en las cuales se acordó establecer la relación del peralte y los radios superiores al mínimo mediante una expresión de las normas brasileras según la cual, a partir de la posición del radio mínimo absoluto (Rmín) y en el sentido de los radios crecientes tanto el peralte como la fricción lateral decrecen desde sus valores máximos gradual y simultáneamente hasta un valor del radio a partir del cual se mantiene constante el valor mínimo del peralte, habitualmente 2% por ser el más usual para la pendiente transversal en las rectas.

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La relación se expresa mediante:

Peralte e = emáx (2 Rmín/R – Rmín2/R2)

Estrechamente correlacionada con los valores tabulados de Rühle para su método 4º), en el rango entre 60 y 120 km/h (prácticamente coincidente para 90 km/h), por lo que desde 1983 se la adoptó para programar el cálculo en las entonces novedosas calculadoras científicas y PC, según la línea roja V83 en el gráfico ilustrativo siguiente13.

La línea cortada roja escalonada representa los valores de peralte entero de la Tabla 4 DNV 67/803 para peralte máximo 8%, adoptado para zonas rurales llanas con heladas o nevadas poco frecuentes.

La línea continua verde representa los valores de peralte según Libro Verde AASHTO 1994, método 5, prácticamente coincidente con V83 y DNV 67/80 para 90 km/h.

Por el redondeo a la unidad del peralte en % fue imposible determinar en la Tablas 3 (6%), 4 (8%) y 5 (10%) los radios R3, y R1.

En “Trazado y diseño geométrico de caminos rurales” de la EGIC 1986 en un nomo-grama N se representó la relación entre los elementos característicos de una curva horizontal: velocidad, radio, peralte y fricción transversal.

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Tabla Nº 4 de DNV 67/803 - Peralte máximo 8%

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Nomograma N – Velocidad, radio, peralte y fricción transversal – DNV67 - EGIC 1986

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En un trabajo para sus cursos docentes en la EICAM, el ingeniero civil Eduardo Ro-sendo Moreno16 halló que en las normas de Rühle, R3 es tal que la curvatura de R1 es el promedio de las curvaturas de Rmín y R3:

R3 = R1.Rmín / (2Rmín – R1)

Donde Rmín: radio para Velocidad directriz, peralte máximo y fricción máxima

R1: radio para Velocidad media de marcha, peralte máximo y fricción nula.

Esta expresión es válida si 2Rmín > R1; caso contrario se adopta 1/R3 = 0

Es decir, la condición de ‘grande’ de un radio (≥ R3) depende de la velocidad directriz y del peralte máximo práctico; así, por ejemplo, para una velocidad directriz de 100 km/h (VMM = 79 km/h) y peraltes prácticos máximos de diseño según las Tablas Nº 3 (6%), Nº4 (8%) y Nº5 (10%) resultan valores de R3 de 9015, 1468 y 799 m.

De modo que la condición de ‘aumento gradual’ entre la ‘condición deseada’ (VMM, f = 0) y la condición que ‘sólo deben usarse en casos extremos’ (Nota 1º) de las Tablas) es la que predomina, hasta el extremo de que la condición deseada puede desaparecer.

A continuación se graficaron las relaciones V – e – R según el diagrama de flujo siguiente:

400

VDVD035.1VMM

2

VD0007.0196.0FTH

FTHemáx127

VDRmín

2

emáx127

VMM1R

2

1RRmín2

Rmín1R3R

Adoptar Mayor Radio

R2

Rmín1R1

R

1Remáxe

Rmín1R

RmínR

R2

1R1emáxe

2

2

R

1Remáxe

2

1R

3R

Rmín3R2

Rmín

R

3R

3R

1Remáxe

a

b

c

d

e

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Figura: DNV 67/80 Distribución del peralte, emáx 10%

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Ejemplo: determinación de peralte según DNV 67/80

Para velocidad directriz 100 km/h, velocidad media de marcha 79 km/h, se graficó la distri-bución de peralte para peralte máximo 6, 8 y 10%.

Para esta velocidad, el Radio R3 a partir del cual el peralte determinado contrarresta total-mente la fuerza centrífuga que actúa sobre un vehículo que se desplaza a la velocidad me-dia de marcha, es para:

emáx 10% R3 = 800 m

emáx 8% R3 = 1500 m

emáx 6% R3 = 9000 m

A partir de radio 1500 m coinciden las curvas de distribución de peralte de emáx 8 y 10% y a partir de radio 9000 m coinciden las tres curvas; 6, 8 y 10%.

Figura: DNV 67/80 Distribución del peralte, emáx 6, 8, 10%

El peralte de una curva de radio R será diferente según cuál sea el peralte máximo; p.e., el peralte de una curva de radio 500 m será 5.9, 7.5 o 8.9, para emáx 6, 8 o 10%. Teóricamen-te, para VD 100 km/h esta diferencia de peraltes se extiende hasta radio 9000 m. Como por drenaje el peralte se limita a 2%, la diferencia se mantiene hasta radio 2500 m.

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R e para emáx = 6%

e para emáx = 8%

e para emáx = 10%

500 5.9 7.5 8.9

1000 4 4.7 4.9

1500 2.9 3.2 3.2

2500 2 2 2

Para una determinada VD, una curva de radio R tendrá un peralte diferente según cuál sea el peralte máximo.

2.3 DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE DNV 10

Hasta la asistencia de la computación al diseño vial de los alineamientos horizontales y ver-ticales, el proyectista se basaba en tablas con valores enteros, prácticos y redondos de las variables independientes habituales: velocidad directriz, radios, longitudes de transiciones, parámetros de curvas verticales, valores del peralte; y los juegos de las plantillas de celuloi-de de círculos, clotoides y parábolas que se adaptaban a los valores tabulados. Aunque las plantillas siguen siendo imprescindibles para un buen diseño, desde los años 70/80 el pro-yectista tiene herramientas de cálculo y dibujo mucho más potentes y veloces, y facilidad para adaptar en mucho menos tiempo sus alineamientos a los controles del terreno o de paso obligado; hallar los radios fijando tres puntos por dónde quiere pasar, o con una tan-gente y dos puntos, o dos tangentes y un punto o…, sin que se demoren los cálculos. Por el contrario, se abreviaron extraordinariamente con las computadoras, calculadoras científicas, programas viales, representaciones virtuales, simulaciones. Se pasó de valores discretos a analógicos, y con menor tiempo de cálculo, lo que permite muchos mayores intentos en me-nor tiempo, dada la naturaleza del recomendable método de prueba-y-error del arte de pro-yectar. En la actualización A10 se mantuvieron las tablas para graduar la transición a las poderosas herramientas actuales de cálculo, aunque con las expresiones de los modelos matemáticos de aplicación hubiera sido suficiente. En relación con la distribución del peralte y fricción lateral se ejerció un pretendido eclecti-cismo entre DNV 67/80 y los Libros Verdes de AASHTO.

Radios mínimo deseables

Para la velocidad directriz y peralte máximo dados, es el valor del radio calculado con la ve-locidad media de marcha en flujo libre correspondiente a la velocidad directriz, para el cual el coeficiente de fricción transversal húmeda es nulo.

Se privilegia la seguridad y comodidad de la mayoría de los conductores que circulan a velo-cidad media de marcha (50º percentil) en flujo libre, con valores fuente AASHTO 1994 entre 96 y 69% de la velocidad directriz en el rango de velocidades tabulado. De contarse con datos propios que relacionen la velocidad de operación con la velocidad directriz convendría adoptarla en lugar de la velocidad media de marcha. Sería la velocidad de operación prototí-pica del 85º percentil de los vehículos en condiciones convenidas de flujo libre: sólo automó-viles, intervalo igual o mayor que 5 segundos, calzada húmeda, buenas condiciones climáti-cas e iluminación, número mínimo especificado de registros.

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Tabla 3.9 A10: Radios mínimos absolutos y deseables para emáx 6, 8 y 10% y veloci-dad directriz entre 25 y 140 km/h.

Velocidad directriz

Peralte máximo 6% Peralte máximo 8%Peralte máximo

10%

Radios mínimos Radios mínimos Radios mínimos

Deseable Absoluto Deseable Absoluto Deseable Absoluto km/h m m m m m m

25 80 20 60 20 50 20 30 120 30 90 30 70 25 40 210 55 155 50 125 50 50 290 90 220 85 175 75 60 395 135 300 120 240 110 70 515 185 385 170 310 155 80 645 250 480 230 385 210 90 785 340 585 305 470 280 100 935 450 700 405 560 365 110 1095 585 820 520 655 470 120 1270 755 950 665 760 595 130 1450 970 1085 845 870 750 140 1640 1235 1230 1065 985 935

Distribución del peralte

En la actualización A10 se adoptó Método 3 DNV 67/80 de distribución del peralte de las curvas horizontales, (= Método 4 DNV 67/80 SIN el aumento gradual del peralte entre R3 y Rmín = Método 4 de AASHTO).

El peralte contrarresta íntegramente la fuerza centrífuga de un vehículo que circule en flujo libre a la VMM correspondiente a la V, desde un radio RmínDes en que el peralte es máxi-mo. Para radios menores hasta el RmínAbs, se mantiene el peralte máximo

Las Tablas 3.11 de la Actualización A10 tiene los radios mínimos deseables (RmínDes), radios mínimos absolutos (RmínAbs), peraltes (e), longitudes de transiciones mínimas (Le-mín) y sobreanchos (S), para velocidades directrices (V) desde 25 km/h hasta 140 km/h, para peralte máximo (emáx) de 6, 8 y 10%.

El peralte se designa e en lugar de p como en la DNV 67/80 para no confundir con el retranqueo (offset) de la clotoide (curva de transición), y adecuarse a las designaciones de los programas viales, y uso inter-nacional.

Valores de peralte se redondearon a un decimal en %

Radios, longitudes de transiciones, redondeados a dos decimales, cm

Se construyó un nomograma N representativo de la relación entre los elementos caracterís-ticos de una curva horizontal: velocidad, radio, peralte y fricción transversal para la Actuali-zación A 10

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Tablas 3.11: peralte máximo 8%

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Tablas 3.11: peralte máximo 8% Cont.

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Nomograma N – Velocidad, radio, peralte y fricción transversal – DNV10

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Figura: Relaciones V – e – R para distribuir el peralte – DNV 10

Entre Velocidad e ft

1 y 2 V a VMM emáx Variable entre: ftmáx y 0

2 y 3 VMM Variable entre: emáx y + 2% 0

3 y 4 VMM BR=+ 2% 0

más allá de 4 V BN=± 2% ft = 0,035

1 )emáxftmáx(127

2VRmínAbs

2V

ftmáxemáx728148máxAbsºG

2 emáx127

2VMMRmínDes

2VMM

emáx728148mínDesºG

3 02,0127

2VMMRmínBR

2VMM

02,0728148mínBRºG

4 015,0127

2VRmínBN

2V

015,0728148mínBNºG

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Figura: DNV 10 Distribución del peralte, emáx 6, 8, 10%

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Ejemplo: determinación de peralte según DNV 10

Para velocidad directriz 100 km/h, velocidad media de marcha 84 km/h, se graficó la distri-bución de peralte para peralte máximo 6, 8 y 10%.

El radio mínimo deseable Rdes a partir del cual el peralte determinado contrarresta total-mente la fuerza centrífuga que actúa sobre un vehículo que se desplaza a la velocidad me-dia de marcha, es para:

emáx 10% Rdes = 560 m



A partir de Rdes = 935 m coinciden las tres curvas; 6, 8 y 10%.

Figura: DNV 10 Distribución del peralte, emáx 6, 8, 10% VD = 100 km/h

El rango de radios para los cuales el peralte calculado es diferente según cuál sea el emáx, es menor que el calculado con DNV 67/80. Esto favorece la coherencia porque, para una determinada VD, un mayor rango de radios tendrá el mismo peralte, independientemente del peralte máximo; y privilegia la seguridad y comodidad de la mayoría de los conducto-res que circulan a una dada velocidad.

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2.4 DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE NORMA 3-1 I-C ESPAÑA

Tabla 4.3

Relación velocidad específica - radio - peral-te para vías G1

Tabla 4.4

Relación velocidad específica - radio - peral-te para vías G2

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Figura: 3-1 I-C ESPAÑA Distribución del peralte, pmáx 7, 8%

2.5 OTRAS NORMAS INTERNACIONALES

Figura: DNV Distribución peralte DNV 10, Francia, EUA & Canadá,

RU & Francia, Alemania, VD = 70 km/h, emáx = 7%

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3 DISTRIBUCIÓN DE LA FRICCIÓN TRANSVERSAL

Calculado el peralte e correspondiente a una curva de radio R y velocidad directriz VD, la

fricción transversal es: e

R127

VDft

2

3.1 DISTRIBUCIÓN DE LA FRICCIÓN TRANSVERSAL DNV 67/80

Figura: Peralte y fricción transversal - Distribución DNV 67/80 - VD 100 km/h y emáx 6, 8 y 10%

3.2 DISTRIBUCIÓN DE LA FRICCIÓN TRANSVERSAL DNV 10

Figura: Peralte y fricción transversal - Distribución DNV 10 - VD 100 km/h y emáx 6, 8 y 10%

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3.3 3-1 I-C ESPAÑA

Figura: 3-1 I-C España Distribución peralte y fricción lateral para pmáx 7 y 8%, Ve

4074 PALABRAS

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BIBLIOGRAFÍA



5 Rocci, Sandro 2003 Capacidad, trazado y sección transversal. Universidad Politécnica de Madrid. https://goo.gl/7EHuxa 2006 Revisión de los límites de velocidad en los caminos españoles. Asociación Téc- nica de Carreteras. España. InfoAEC N° 108 https://goo.gl/zsUpby 6 FHWA https://goo.gl/PbeZE4 7 Leisch – Neuman – Glennon Curvas de Caminos Rurales https://goo.gl/Lbxvk7 8 MUTCD Manual on Uniform Traffic Control Devices http://goo.gl/7hKVZW 9 Fambro, Daniel B. y otros NCHRP Report 400 TRB Determinación de las distancias visuales de detención. http://goo.gl/umU4kp 10 España. AEC Norma 3.1 – IC http://goo.gl/VmklTS http://goo.gl/UgbB6Q 11 TRB NCHRP SR 254. 1998 – Administración de la velocidad https://goo.gl/xhoXXm 12 FHWA. Conceptos de velocidad: Guía informativa. 2009. Pub. N° FHWA-SA-10-001 https://goo.gl/zLlPRT 13 Sierra, Francisco J. XII CAVyT 1997. Monografía. Comparación normas DNV 67/80 - AASHTO 1994 (Premio) Revista Carreteras - https://goo.gl/6CNTGu 001 14 Kanellaidis, George. Diseño de peralte en curvas viales. 1995/99. Universidad de Atenas. http://goo.gl/oc7Iez 15 TRB NCHRP Report 439. Métodos de distribuir el peralte y diseños de transiciones http://goo.gl/qzTvY9 16 Moreno, Eduardo Rosendo EICAM 2007. Distintos criterios para determinar el peralte https://goo.gl/fIZELi

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17 Sierra, Francisco J. EGIC DNV-UBA 1986. Trazado y Diseño Geométrico https://goo.gl/VbPT91 18 Sierra, Francisco J. XIII CAVyT 2001. Monografía. La seguridad vial y las velocidades máximas señaliza das en las autopistas (Mención especial) https://goo.gl/8wSXs5 004 19 NYSDOT Recomendaciones para diseñar el peralte según AASHTO https://goo.gl/4A1uTz 20 BLOG FiSi Velocidad http://goo.gl/5QS1Dc Ruediger Lamm http://goo.gl/Mkioyv 21 Universidad Trieste Límites longitud curva de transición https://goo.gl/iSjtCm 22 Simposio Dº Gº Valencia 2010 Country Reports x14 http://goo.gl/r2JWfv Compilación 26 trabajos en 5 grupos https://goo.gl/aQvfS4 23 Simposio Dº Gº Vancouver 2015 Country Reports x14 http://goo.gl/HJkdPw Compilación 10 trabajos ISV https://goo.gl/YuPY5A

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Trabajo Técnico: VELOCIDADES DIRECTRIZ INFERIDA Y MÁXIMA SEGURA CRÍTICA

Área Temática Seguridad Vial – Proyecto de Carreteras

Autores Francisco Justo Sierra - Ingeniero Civil UBA

Avenida Centenario 1825 9A

(1643) BECCAR – Buenos Aires

(011) 47471829

[email protected]

Alejandra Débora Fissore – Ingeniera Civil UNSa

Florida 141 1º A

(4400) SALTA - Capital

(0387) 4319246

[email protected]

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ÍNDICE

RESUMEN

1 INTRODUCCIÓN

2 SEGURIDAD NOMINAL Y SUSTANTIVA - CRITERIOS DE SEGURIDAD DE LAMM

3 VELOCIDAD DIRECTRIZ SELECCIONADA E INFERIDA 3.1 VELOCIDAD DIRECTRIZ 3.2 VELOCIDAD DIRECTRIZ INFERIDA 3.3 DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DIRECTRIZ INFERIDA MÉTODOS GRÁFICOS – Tablas y Gráficos MÉTODOS ANALÍTICOS 3.4 COMPARACIÓN AASHTO, DNV 67/80, 3.1 – IC Trazado

4 VELOCIDAD MÁXIMA SEGURA CRÍTICA

5 COMENTARIOS

BIBLIOGRAFÍA

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1) Velocidades y equilibrio dinámico en curvas

2) Distribución del peralte

3) VELOCIDAD DIRECTRIZ INFERIDA Y MÁXIMA SEGURA CRÍTICA







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VELOCIDADES DIRECTRIZ INFERIDA Y MÁXIMA SEGURA CRÍTICA

1 INTRODUCCIÓN

La velocidad directriz guía el diseño de elementos de los alineamientos horizontal y vertical según los principios físicos de equilibrio dinámico de un vehículo en movimiento curvo, y distancia visual de detención en curvas verticales, según modelos matemáticos racionales cuyos coeficientes se ajustan según resultados y observaciones de experiencias de campo que los investigadores realizan con actualizadas herramientas de medición de velocidad, desaceleración, distancia de frenado, fricción neumático-calzada, peralte, inclinación lateral del vehículo, medidas con riguroso control.

Para una dada velocidad directriz, teniendo en cuenta adecuados coeficientes de seguridad, en curvas horizontales, teórica y prácticamente el equilibrio dinámico se alcanza para una amplia gama de combinaciones de valores prácticos de radios, peraltes y fricciones.

El proceso inverso es tratar de inferir* cuál fue la velocidad directriz seleccionada del proyec-to geométrico de un camino existente, de cuyas curvas se conocen R y e por medición, y la norma de aplicación. Entonces, tal velocidad recibe el nombre de velocidad directriz infe-rida, VDI, que por definición, en un buen diseño debería ser igual a la VD designada (su-puesta desconocida de otra forma). Entre otras aplicaciones, se necesita conocer VDI para tareas de planeamiento, reconstrucciones, mejoramientos, y es dato esencial para las ins-pecciones o auditorías de Ingeniería de Seguridad Vial en cuanto al nivel de la coherencia de diseño de los alineamientos, y calificación mediante los criterios de seguridad, por caso los tres de Lamm.

Un concepto distinto de la velocidad directriz (designada o inferida) es la velocidad máxima segura crítica o límite, VMSC, inferida a partir de los valores R y e medidos, para la fric-ción lateral máxima, correspondiente a la velocidad buscada

2 SEGURIDAD NOMINAL Y SUSTANTIVA CRITERIOS DE SEGURIDAD DE LAMM

Los elementos de diseño incoherentes con las expectativas del conductor incrementan el tiempo de procesamiento, y la sobrecarga de trabajo mental. Lógicamente, hay una relación inherente entre la coherencia de diseño y la seguridad del usuario, con la “coherencia” aso-ciada con el potencial de menos choques.

Con razonable criterio, si las normas de diseño geométrico de aplicación responden a los más modernos criterios de seguridad vial, está bien suponer que el camino será más seguro que otro que no las cumpla. Así, la seguridad nominal estaría a la par de la seguridad sus-tantiva, medida por los resultados comprobados de choques, muertos, heridos y daños ma-teriales.

En las curvas simples y sucesivas, nominalmente seguras respecto del equilibrio dinámico, pueden no serlo si violan las expectativas de los conductores (factor humano). Lamm rela-cionó el equilibrio dinámico en curva con el factor humano y los datos de los choques, vuel-cos y víctimas y estableció criterios de calificación del proyecto de las curvas horizontales, BUENO, REGULAR, MALO, basados en las variaciones o saltos de velocidad, curvatura y fricción lateral.

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Los saltos de velocidad para aplicar los criterios deben ser para velocidades que respondan a los mismos conceptos básicos de distribuir el peralte, y no comparar velocidades directri-ces inferidas VDI, con velocidad máxima segura crítica VMSC, http://goo.gl/Mkioyv

3 VELOCIDADES: DIRECTRIZ SELECCIONADA E INFERIDA

3.1 VELOCIDAD DIRECTRIZ

Las velocidades directrices guían los diseños de elementos de los alineamientos horizontal y vertical, según los principios físicos de equilibrio dinámico de un vehículo en movimiento curvo, y las distancias visuales de detención en las curvas verticales, según modelos mate-máticos racionales cuyos coeficientes se ajustan según los resultados y observaciones de experiencias de campo, que los investigadores realizan con actualizadas herramientas de medición de velocidad, desaceleraciones, distancias de frenado, fricciones neumático-calzada, peraltes, inclinaciones laterales del vehículo en medidas con riguroso control.

Además de los factores humanos de expectativas, reflejos, tiempos de reacción, género, edad, carácter y temperamento, educación, y clasificación funcional de los caminos, en fun-ción de la VD seleccionada el proyectista dimensiona y coordina los elementos curvos hori-zontales y verticales del camino teniendo siempre en consideración los previstos comporta-miento de los conductores, y la eliminación de combinaciones que puedan violar sus expec-tativas. El buen proyectista se adecua al sentir de los conductores; no debe pretender que estos se comporten como él pretenda.

3.2 VELOCIDAD DIRECTRIZ INFERIDA

El proceso inverso es tratar de inferir* cuál fue la velocidad directriz seleccionada del proyec-to geométrico de un camino existente, de cuyas curvas se conocen R y e por medición, y la norma de aplicación. Tal velocidad recibe el nombre de velocidad directriz inferida, VDI, que por definición, en un buen diseño debería ser igual a la VD designada (supuesta desco-nocida de otra forma). Entre otras aplicaciones, se necesita conocer VDI para tareas de pla-neamiento, reconstrucciones, mejoramientos, y es dato esencial para las inspecciones o auditorías de Ingeniería de Seguridad Vial en cuanto al nivel de la coherencia de diseño de los alineamientos, y calificación mediante los criterios de seguridad, por caso los tres de Lamm

Teórica y conceptualmente la inferencia de la VDI puede hacerse a partir de los elemento geométricos resultantes del equilibrio dinámico (R, e, ft) o visibilidad (R, M, fl) en las curvas horizontales; y por visibilidad en las curvas verticales convexas (L, K, fl, h1, h2). En la prácti-ca sólo se considera el equilibrio dinámico. En la vialidad argentina, la VDI suele llamarse velocidad máxima segura deseable, VMSD.

Para inferir la velocidad directriz de un camino existente a partir del alineamiento horizontal, mediante relevamiento u otras fuentes se conocen las dimensiones físicas de los elementos fijos: radio y peralte de las curvas. Dado que existen varios métodos para calcular el peralte en relación con su valor, transición y distribución, es necesario conocer su norma de aplica-ción. Por ejemplo, conocer en la Argentina los métodos de distribuir los peraltes indicados en las normas DNV’67/80 y su actualización DNV10, y la variación de la fricción transversal en función de la velocidad.

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La velocidad se supone constante, y la fuerza reactiva de fricción lateral y longitudinal varía desde cero a máximos positivos o negativos, sobrepasado los cuales se produce el desliza-miento del vehículo. La separación de la fricción en sus componentes longitudinal (tangen-cial) y lateral (transversal) es un elemental artificio de cálculo que el proyectista debe consi-derar, dado que la variación de una componente significa la variación de la otra; por ejem-plo, la distancia de detención no es igual en recta (fricción lateral nula) que en curva, donde la fricción longitudinal disminuye por la aparición de la componente lateral. Las fuerzas de fricción crecen con el peso del vehículo y disminuyen con la velocidad, y dependen de las condiciones superficiales de calzada y neumáticos. En lugar de fuerzas se consideran acele-raciones y desaceleraciones.

Para una dada velocidad directriz, teniendo en cuenta adecuados coeficientes de seguridad, teóricamente el equilibrio dinámico se alcanza para una muy amplia gama de combinaciones de valores prácticos de radios, peraltes y fricciones (infinita), pero los accidentes frontales o por salida desde la calzada ocurren más para los radios menores aunque cumplan las con-diciones del equilibrio dinámico.

Los proyectistas viales usan una velocidad directriz designada para establecer las carac-terísticas del diseño; los operadores establecen límites de velocidad considerados segu-ros para el tipo particular de camino que no superen a la velocidad directriz, pero los con-ductores seleccionan su velocidad de operación según su percepción individual de la se-guridad Con bastante frecuencia, éstas velocidades no son compatibles y sus valores relativos entre sí pueden variar “. Según la FHWA, http://goo.gl/GwPbXU, la velocidad directriz inferida, VDI, se define como la máxima velocidad para la cual se cumplen todos los criterios relacionados con la velocidad directriz en un lugar en particular. Para un dado un dado conjunto de características viales, es la velocidad directriz que uno puede inferir como que cumple la sección. En el Libro Verde del 2001, AASHTO revisó la definición de la velocidad directriz como velocidad máxima segura para recorrer un camino por la siguiente: velocidad selecciona-da para determinar varias características del diseño geométrico vial, sin relacionarla con el límite de velocidad señalizado. La aptitud para predecir exactamente las velocidades en todos los tipos de calles y caminos no existe, y durante el proceso de diseño geomé-trico no hay ninguna guía confiable sobre cómo alcanzar características específicas de la velocidad de operación (p.e., velocidad media, del 85º percentil, desviación) y relaciones de velocidades (p.e., entre las velocidades directrices y las de operación del 85º percen-til). Las velocidades previstas de operación y límites señalizados deben considerarse al seleccionar la velocidad directriz, pero no hay ninguna regulación que establezca una relación más directa. Según el Informe NCHRP 504, https://goo.gl/Cvxjq8, aunque puede definirse una relación entre la velocidad de operación y el límite de velocidad señalizado, con igual confianza no puede hacerse lo mismo con la velocidad directriz y cualquier velocidad de operación o límite de velocidad señalizado. Se halló también que hay una gran variación en la veloci-dad de operación para una dada VDI en los caminos rurales de dos-carriles, CR2C, y que cuando el límite señalizado supera la velocidad directriz (RN9 General Paz – Rosario, RN8 Ramal Pilar) pueden surgir problemas de responsabilidad civil, aunque los conducto-res puedan exceder con seguridad la velocidad directriz.

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Distinto del ferrocarril donde el vehículo es guiado por las vías, por influencia del factor hu-mano en los caminos el equilibrio dinámico no garantiza la seguridad del movimiento y el buen comportamiento de los conductores.

Para diseñar las curvas horizontales hay diversos métodos para combinar las fricciones y peraltes. Mayoritariamente para caminos rurales se adopta una combinación tal que a la velocidad de operación elegida por la mayoría de los conductores la fricción lateral sea nula, lo que resultaría en mayor comodidad y seguridad del movimiento porque se supone que al elegirla los conductores tienen bien presente su seguridad y comodidad. Tal velocidad suele ser la velocidad media de marcha VMM = VO50 (velocidad de operación del 50º percentil) en flujo libre, o mejor, la velocidad de operación del 85º percentil VO85 de los vehículos en condiciones convenidas de flujo libre, sólo automóviles, calzada húmeda, buenas condicio-nes climáticas e iluminación.

Por razones prácticas el peralte se limita a determinados valores según el tipo de camino y zona rural o urbana, y clima (frío, calor, seco, lluvioso, congelamiento superficie calzada).

En la distribución del peralte de diseño, adoptando como velocidad de operación la elegida democráticamente por el x° percentil de los conductores, para fricción lateral nula, fijada una de las otras dos variables se determina la tercera.

El radio mínimo deseable es el correspondiente a la condición de peralte máximo (emáx), fricción lateral nula (fl=0) y velocidad media de marcha (VMM=VO50), o de operación (VO85), u otra, deducida estadísticamente a partir de la velocidad directriz VD, según la norma que se trate.

En el otro extremo, para radios decrecientes o curvatura creciente, para velocidad directriz, fricción lateral máxima admisible y peralte máximo está la condición crítica para casos ex-tremos, como dice Rühle; se alcanza entonces el radio mínimo absoluto para la VD selec-cionada. Sería algo así como la condición de tensión de rotura de una viga, que en algún caso excepcional el proyectista vial podría verse obligado a adoptar; por ejemplo, en virtud de restricciones topográficas / presupuestarias, previa ‘excepción de diseño’ aprobada.

Siguiendo las recomendaciones del Método 5 de AASHTO de distribución del peralte, las normas DNV67 de Rühle (no actualizadas en la versión DNV80) recomiendan distribuir el peralte para que a la velocidad media de marcha (VO50) la fricción lateral sea nula.

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Condición ideal que no se cumple en gran parte del rango práctico de radios; en efecto, al pretender una discutible transición gradual en el diagrama peralte y radio (o curvatura 1/R rad/m) para una dada VD, entre el enfoque cómodo y seguro y el caso extremo, en ambas normas se adoptaron distribuciones curvilíneas, tales que según cual sea el peralte máximo adoptado, para un determinado radio e igual velocidad directriz resultan peraltes diferentes.

Para un determinado radio, para peraltes máximos de 6, 8 y 10% (Tablas 3, 4 y 5 DNV67 se obtienen tres peraltes diferentes), como consecuencia de la transición hacia la condición crítica, condición que algunos proyectistas creen que tienen iguales condiciones de seguri-dad en todo el rango de radios; obviando tener en cuenta que a igualdad de equilibrio diná-mico, por influencia del factor humano los accidentes en curva aumentan en frecuencia y gravedad al disminuir el radio, según se grafica:

La peor situación ocurre con los proyectistas que usan sistemáticamente la condición crítica para diseñar sus curvas, por una pretendida razón de economía de movimiento de suelos; criticable proceder típico de quienes no tienen en cuenta los costos de los accidentes.

En la DNV10 se limitan los radios al mínimo deseable con la condición de velocidad media de marcha y fricción nula.

Como dato extremo se indica el rango entre los radios mínimos absolutos (peralte máximo y fricción máxima) para excepcionales extremos, y los radios mínimos deseables (peralte má-ximo, fricción nula y la VO50 correspondiente según correlaciones estadísticas a la VD del proyecto.

Cuando se disponga de datos fidedignos, en la A10 se recomienda cambiar VO50 por la VO85, como es práctica común en los países con grandes bases de datos de registros de velocidades de operación en caminos de diferente clasificación funcional y velocidades di-rectrices, lo que les permite establecer correlaciones y modelos matemáticos, válidos para los caminos de las zonas desde donde provinieron los datos.

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El Método 5 de transición del peralte, en combinación con el uso de múltiples tasas máximas de distribución del peralte, no promueve la coherencia de diseño. El Método 5 puede dar diferentes valores de peralte para la misma velocidad y radio, según la elección del proyec-tista del peralte práctico máximo.

Se usa en caminos rurales de alta velocidad; se enfatiza que la fricción lateral máxima se usa solamente en las curvas muy cerradas. Se pone énfasis en que el peralte intenta favo-recer la tendencia de algunos conductores de viajar a o cerca de la velocidad directriz a lo largo de curvas de radios intermedios. Provee suficiente peralte para contrarrestar la mayor parte de la fuerza centrífuga experimentada por los conductores en curvas de intermedias a abiertas.

La mayoría de los estados usan el Método 5; la excepción es California, cuyo DOT provee una tabla que incluye todos sus valores máximos de peralte (8, 10 y 12%). Las relaciones R-e siguen aproximadamente los provistos en el Libro Verde para emáx = 12% para una velo-cidad de 80 km/h. Es decir, generalmente California provee menos peralte que el que podría ser recomendado por el Libro Verde para velocidades de diseño mayores que 80 km/h.

Un gran inconveniente del Método 5 de distribución del peralte según el Libro Verde: su uso puede llevar a incoherencias de diseño. Esta violación de la coherencia surge de la disponi-bilidad de distribuciones de peralte significativamente diferentes para el mismo radio de cur-va. La violación ocurre cuando se usan peraltes prácticos máximos diferentes en caminos próximos. Los conductores que viajan entre estos caminos encuentran peraltes diferentes (correspondientes a demandas de fricción lateral) para curvas de radio similar.

Se cree que el propósito original del Método 5 fue que en todos los caminos rurales de alta velocidad dentro de una región de clima y topografía similares debería usarse un valor má-ximo de peralte. Mediante esta aplicación, un conductor aprendería a esperar el mismo pe-ralte y demanda de fricción lateral cuando al conducir sobre una curva de radio dado, inde-pendientemente de la región en que se encuentra.

La práctica actual no es totalmente coherente con el percibido propósito del Método 5. En particular, los departamentos de transporte (DOT) estatales de muchos estados vecinos tendieron a diferenciarse en su adopción de adecuados peraltes máximos. Se identificó la magnitud de esta diversidad entre los peraltes máximos usados por varios estados. Se halló que mientras Illinois e Indiana tenían un peralte máximo de 8%, el estado inmediato al sud-este, Kentucky, tenía un peralte máximo de 10%. También se halló que los estados de Cali-fornia y Texas tenían peraltes máximos de 8 a 12%. Se observó que el uso de peraltes má-ximos diferentes conduce a una situación donde una combinación radio-peralte puede tener cualquier número de velocidades directrices posibles.

El actual uso de múltiples peraltes máximos da indirectamente a los ingenieros proyectistas con un rango aceptable de peraltes permitiéndoles considerar varias tablas. Aunque la pro-visión de un rango tiene beneficios obvios en términos de flexibilidad de diseño, una conse-cuencia de esta provisión es menor coherencia de diseño (mayor violación de las expecta-tivas de los conductores → menor seguridad).

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3.3 DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DIRECTRIZ INFERIDA

MÉTODOS GRÁFICOS – Tablas y Gráficos

DNV 67/80 Si se dispone de las tablas o gráficos y los peraltes máximos prácticos según se trate de zona rural o urbana, y frecuencia de nevadas o congelamiento de la calzada, con R y e medidos se entra en la tabla o gráfico para el emáx y se halla la co-lumna (tabla) o línea (gráfico) donde cae la casilla (tabla) o punto (gráfico). Por ejemplo, de la tabla Nº 4 de la norma o del nomograma siguiente para emáx = 8%, R = 2200 y e = 2% (CHVL del km 459.5 de la RN9), resulta VDI = 90 km/h.

Nomograma N – Velocidad, radio, peralte y fricción transversal – DNV67 - EGIC 1986

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Ejemplo

Datos: R = 1500 m; e = 4%

Solución: en el eje del nomograma tipo A de ejes paralelos equidistantes se une el punto Peralte = 4% con Fricción transversal humedad ft = 0 se determina un punto en la línea de paso (eje derecho del nomograma N), el cual se une con el punto R = 1500 en el eje diago-nal del nomograma N, y se prolonga hasta hallar VMM = 98 km/h, correspondiente a una VDI = 120 km/h = VD.

La velocidad máxima segura crítica se halla por tanteos con ayuda de dos reglas transpa-rentes que giren alrededor de los datos (R-1500 y e-4%) y se corten en la línea de paso. Comenzando poco a poco desde valores mayores que V= 120 km/h, la solución se obtiene en segundos cuando las prolongaciones corten a los ejes V y ft (V) en valores iguales; en el ejemplo, V = ft (V) = VMSC ≈ 130 km/h

DNV10 Igual que para DNV 67/80. De la tabla página 3.51 o nomograma siguiente se obtiene VDI ≈ 90 km/h.

Nomograma N – Velocidad, radio, peralte y fricción transversal – DNV10

En el nomograma de página 3.25 de la A10, https://goo.gl/nSzOFe

Ejemplo

Datos: R = 800; e = 8%

Solución: en el eje del nomograma tipo A de ejes paralelos equidistantes se une el punto Peralte = 8% con Fricción transversal húmeda ft = 0 y se determi-na un punto en la línea de paso (eje derecho del nomograma N), el cual se une con el punto R = 800 en el eje dia-gonal del nomograma N, y se prolonga hasta hallar VMM = 91 km/h, corres-pondiente a una VDI = 110 km/h = VD.

La velocidad máxima segura crítica se halla por tanteos con ayuda de dos reglas transparentes que giren alrede-dor de los datos (R-800 y e-8%) y se corten en la línea de paso. Comenzan-do poco a poco desde valores mayores que 110 km/h, la solución se obtiene en segundos cuando las prolongaciones corten a los ejes V y ft (V) en valores iguales; en el ejemplo, V = ft (V) = VMSC ≈ 127 km/h

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Ejemplo

Datos: R = 800; e = 5%

Solución: Similar al ejemplo 1. Resulta VMM = 77 km/h, correspondiente a una VDI = 90 km/h = VD; y VMSC ≈ 120 km/h.

MÉTODOS ANALÍTICOS

Para inferir V (directriz o máxima segura) con R y e como datos se usa la ecuación de equi-librio dinámico en curva dependiente de la fricción lateral, la que a su vez depende de la velocidad, que es la incógnita por hallar. Los modelos matemáticos representativos de la fricción lateral en función de V son funciones empíricas decrecientes de la velocidad: linea-les (DNV 67/80), lineal + lineal (DNV10), logarítmica o lineal + logarítmica (AASHTO’04).

Si la relación entre ft y V es lineal la ecuación de inferencia resultante es de segundo grado, pero si es de grado superior o logarítmica la resolución analítica es compleja y se resuelve prácticamente por iteración (tanteo = prueba + error + ajuste).

Extrañamente, en los ejemplos de la guía FHWA 2009 se infiere agregando como dato la VD designada (que se supone es desconocida). Los valores de ft se toman de los gráficos representativos, función lineal a partir de 40 mph = 64.4 km/h.

Se hallaron por regresión las funciones empíricas de mejor ajuste de ft en función de V a partir de datos tabulados o graficados, y se resolvieron las ecuaciones de equilibrio dinámico con el comando ROOT de las calculadoras científicas o una planilla de cálculo.

Para las funciones mixtas como lineal + logarítmicas puede hallarse una función general f, V para hallar un valor de prueba de V, con una bifurcación según caiga en uno u otro rango de la función mixta, cada uno con su función; pero las diferencias resultantes son tan pequeñas por lo que puede desestimarse el reajuste. En general, buenos ‘valores de prueba’ típicos para el ROOT son 50 mph u 80 km/h.

DNV 67/80

Los valores tabulados de Rühle con saltos Δe 1% e indeterminación de R3 y R1 resultan en una ‘función’ escalonada, con algunos puntos muy fuera de secuencia como por ejemplo 7% para V = 100 km/h y R = 700 m (Tabla Nº4, 8%), en lugar de 6%.

INTAL. Por razones prácticas de programación y buen ajuste alrededor de V = 90 km/h, desde 1983 en la práctica vial argentina algunos proyectistas adoptaron la distribución entre f y e según la ecuación de las Normas Unificadas de los Países de Cono Sur (INTAL), más la variación lineal de fmáx = 0.196 – 0.0007 V de DNV67. Con ella puede inferirse VD y VMSC con el ROOT o resolviendo la ecuación de segundo grado para el emáx que corres-ponda, según la propuesta siguiente para emáx = 8%:

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VDI2* = VMSD2 VMSC2

* Rmín = R [1 - √ (1 – e/emáx)] de la fórmula brasileña 1983; fmáx = 0.196 – 0.0007 V según Rühle 1967

Rmín = V2/[127(emáx + fmáx ]

Se deduce para emáx = 8%

V = VDI2 = ½ {√ [(0.0889 Rmín)2 + 140.208 Rmín] – 0.0889 Rmín}

Coeficientes:

127 = 3.62 x 9.8

0.0889 = 127 x 0.007

140.208 = 4 x 35.052 = 4 x [127 (0.08 + 0.196)]

Por ejemplo, en la RN9 Rosario-Córdoba, para la Chicana Voladora de Leones, CHVL; R = 2200 m, e = 2%, emáx = 8% resulta VDI = 89 km/h y VMSC = 167 km/h.

Resulta:

e = emáx (R2/R3) x [R3/R – Rmín/2(R3 – Rmín) x (R3/R – 1)2]

EICAM. El ingeniero civil Eduardo Rosendo Moreno, docente de cursos de la Escuela de Caminos de la UNSJ, halló que el R3 de mejor ajuste con las tablas de Rühle se obtiene adoptando la curvatura de R1 (1/R1) como promedio de las curvaturas de Rmín (1/Rmín) y R3 (1/R3); resulta: R3 = R1.Rmín / (2Rmín – R1)

La cual sólo es válida si 2Rmín > R1; caso contrario se adopta 1/R3 = 0, y se considera la función de variación del peralte según el Método 5 de AASHTO.

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DNV10

Por ser prácticamente insensible en los resultados se omite la distinción de la expresión de la VMM en función de VD con corte en 40 km/h. Para todas se usa la expresión de V > 40 km/h. El cálculo es directo; con R, e y f = 0 se halla VMM según la ecuación de equilibrio dinámico, y se pasa de VMM a VDI según su relación empírica deducida por regresión de las tablas de AASHTO 04: VMM = 1.782V0.83758

Resulta:

VDI = {[(127Re)½] / 1.782}1.1939*

VDI3 = VMSD3 VMSC3

1.1939 = 1 / 0.83758

Por ejemplo, en la RN9 Rosario-Córdoba, para la Chicana Voladora de Leones, CHVL; R = 2200 m, e = 2%, resulta VDI = 87 km/h y VMSC = 155 km/h

Para e = 4%, resulta VDI = 131 km/h y VMSC= 165 km/h

4 VELOCIDAD MÁXIMA SEGURA CRÍTICA

Un concepto distinto de la velocidad directriz (designada o inferida) es la velocidad máxima segura crítica o límite, VMSC, inferida a partir de los valores R y e medidos, para la fric-ción lateral máxima, correspondiente a la velocidad buscada; es decir:

)VMSC(ftmáxeR127VMSC

Se resuelve iterativamente porque ftmáx es función de la VMSC buscada.

5 COMENTARIOS

El pretendido aumento gradual del peralte de DNV 67/80 y de AASHTO Método 5 significa disminuir el inamovible elemento físico peralte, y aumentar la veleidosa fricción lateral reac-tiva del contacto pavimento - neumático, cuya humedad intermedia excepcionalmente será uniforme en un tramo vial, como tampoco otras variables inciertas o diversas, tales como material y estado de las superficies en contacto (macro y microtextura, ahuellamiento, exu-dación, presión de inflado, área de pisada...)

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En DNV 67/80 y en todas las Políticas AASHTO sobre Diseño Geométrico se afirma funda-damente que, al transitar una curva horizontal, la condición virtuosa es aquella para la cual, a la velocidad elegida por la mayoría de los conductores en flujo libre, la fricción lateral es nula, como en las rectas. Lo cual es contradictorio con adoptar, en parte o todo el rango de radios o curvatura, un aumento gradual del peralte entre tal condición virtuosa y la situación de colapso inminente, situación que sólo debe usarse en casos extremos, según Rühle.

El Método 4 de AASHTO y DNV 10 mantiene la condición virtuosa de fricción nula a la velo-cidad media de marcha hasta el peralte práctico máximo, y no la infecta con dosis graduales de una condición crítica, incómoda e insegura como es la fricción lateral máxima. En AASHTO 2011 se aconseja o pondera evitar el uso del peralte máximo en una parte sustancial del rango de radios de curva o de curvatura 1/R, de lo que resultarían diseños más equilibrados. Por el contrario, en la Actualización A10 se considera muy conveniente usar la oposición del peralte práctico máximo desde el punto en que se lo alcanza, hasta el radio míni-mo. En la DNV 67/80 si entre R3 y Rmín se reduce el peralte con una infundada y compleja gra-dualidad, aumenta la fricción demandada para mantener el equilibrio dinámico a igualdad de velocidad, y disminuye la reserva de fricción para los vehículos que circulen por encima de la velocidad directriz, que desconoce el conductor, quien adopta la velocidad según su personal conveniencia, y la reduce a medida que percibe riesgos a la seguridad de su mo-vimiento.

AASHTO critica que en los gráficos de sus Métodos 3 y 4 la fricción aumenta rápida-mente en la mitad del rango de curvatura 1/R hasta el máximo correspondiente al Rmín, y que esta marcada diferencia en la fricción lateral para diferentes curvas es incoherente y que puede resultar en conducción errática a la velocidad directriz o a la velocidad media de marcha.

Los gráficos de fricción comparativos muestran la subjetividad de la afirmación de un au-mento rápido de la fricción lateral al comparar AASHTO 2011 y DNV 10, que de existir no tiene porqué resultar en una conducción errática. En efecto, el aumento gradual del peralte (= disminución gradual de la fricción) en un gráfico e-1/R no tiene NIN-GÚN sentido práctico ni afecta la SEGURIDAD VIAL porque las curvas inmediatas en el gráfico excepcionalmente serán inmediatas en el camino; pueden estar separadas va-rios km, con varias curvas intermedias, y porque desde el punto de vista de la Seguridad Sustantiva lo que importa es la gradualidad de cambios de radios o de la fricción late-ral demandada entre curvas sucesivas en el camino, según los tres criterios de segu-ridad de Lamm, o las relaciones halladas entre los saltos en el gráfico de curvaturas -en función de las progresivas de un camino- con los saltos en la velocidad de operación ΔV85, violación de expectativas y accidentes viales, lo cual es la esencia conceptual del módulo Coherencia de Diseño del exitoso programa IHSDM, cuyo antecedente empírico se remonta a la recomendación de no superar por seguridad la relación 1:1.5 entre los radios de dos curvas sucesivas.

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Si el proyecto se desarrolla en zona de frecuentes heladas y nevadas la solución es bajar uno o dos puntos el peralte máximo práctico, pero no usar esta precaución donde no fuere necesaria.

En la Actualización A10, el pasaje entre las condiciones de radio mínimo crítico o absoluto, Rmín y el radio mínimo deseable, Rdes, con variación Δf de la fricción a la velocidad V:

Δf = (V2/127) x (Rdes - Rmín) / (Rdes x Rmín)

Para un radio R entre Rmínimo y Rdeseable, la fricción a la velocidad V es:

f = {[Δf x Rmín x Rdes] / [(Rdes – Rmín) x R]} – emáx

6 PROPUESTAS Y RECOMENDACIONES

1. Poner en vigencia urgentemente la Actualización A10 DNV de Diseño Geométrico y Seguridad Vial, la cual no tendrá efectos retroactivos. Solo para aplicar en obras nuevas y reconstrucciones importantes de obras existentes. A10 RESUMEN, página R.ii

2. Distribuir el peralte según el Método 3º) de DNV’67/80, para R ≥ R1. Justificar una Excepción de Diseño para Rmín ≤ R < R1. Este método es similar al Método 4 de AASHTO y el único en la A10. Puede haber diferencias numéricas por las expresiones de la velocidad media de marcha y de la fricción lateral en función de la velocidad.

3. Verificar la coherencia de las curvas horizontales simples y sucesivas con los Criterios de Seguridad de Lamm y corregir si la calificación es POBRE.

4. Los saltos ∆V para aplicar los criterios de Lamm debe ser entre velocidades del mismo tipo; entre VD, o VDI. Nunca entre VD o VDI, y VMSC.

5. Como valor práctico normal más seguro, adoptar como máximo el peralte 8%. Para limitaciones por condiciones locales; por ejemplo 6% por frecuentes congelamiento de la calzada, adoptarlo de la misma distribución que para máximo 8%, y no cambiar de ley de variación o tabla, si están infectadas por el R3 y su extraña distribución de variación parabólica.

6. En las comparaciones, redondear los valores resultantes de dimensiones y velocidades.

4993 PALABRAS

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BIBLIOGRAFÍA



5 Rocci, Sandro 2003 Capacidad, trazado y sección transversal. Universidad Politécnica de Madrid. https://goo.gl/7EHuxa 2006 Revisión de los límites de velocidad en los caminos españoles. Asociación Téc- nica de Carreteras. España. InfoAEC N° 108 https://goo.gl/zsUpby 6 FHWA https://goo.gl/PbeZE4 7 Leisch – Neuman – Glennon Curvas de Caminos Rurales https://goo.gl/Lbxvk7 8 MUTCD Manual on Uniform Traffic Control Devices http://goo.gl/7hKVZW 9 Fambro, Daniel B. y otros NCHRP Report 400 TRB Determinación de las distancias visuales de detención. http://goo.gl/umU4kp 10 España. AEC Norma 3.1 – IC http://goo.gl/VmklTS http://goo.gl/UgbB6Q 11 TRB NCHRP SR 254. 1998 – Administración de la velocidad https://goo.gl/xhoXXm 12 FHWA. Conceptos de velocidad: Guía informativa. 2009. Pub. N° FHWA-SA-10-001 https://goo.gl/zLlPRT 13 Sierra, Francisco J. XII CAVyT 1997. Monografía. Comparación normas DNV 67/80 - AASHTO 1994 (Premio) Revista Carreteras - https://goo.gl/6CNTGu 001 14 Kanellaidis, George. Diseño de peralte en curvas viales. 1995/99. Universidad de Atenas. http://goo.gl/oc7Iez 15 TRB NCHRP Report 439. Métodos de distribuir el peralte y diseños de transiciones http://goo.gl/qzTvY9 16 Moreno, Eduardo Rosendo EICAM 2007. Distintos criterios para determinar el peralte https://goo.gl/fIZELi

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17 Sierra, Francisco J. EGIC DNV-UBA 1986. Trazado y Diseño Geométrico https://goo.gl/VbPT91 18 Sierra, Francisco J. XIII CAVyT 2001. Monografía. La seguridad vial y las velocidades máximas señaliza das en las autopistas (Mención especial) https://goo.gl/8wSXs5 004 19 NYSDOT Recomendaciones para diseñar el peralte según AASHTO https://goo.gl/4A1uTz 20 BLOG FiSi Velocidad http://goo.gl/5QS1Dc Ruediger Lamm http://goo.gl/Mkioyv 21 Universidad Trieste Límites longitud curva de transición https://goo.gl/iSjtCm 22 Simposio Dº Gº Valencia 2010 Country Reports x14 http://goo.gl/r2JWfv Compilación 26 trabajos en 5 grupos https://goo.gl/aQvfS4 23 Simposio Dº Gº Vancouver 2015 Country Reports x14 http://goo.gl/HJkdPw Compilación 10 trabajos ISV https://goo.gl/YuPY5A

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Trabajo Técnico: A. TRANSICIÓN DE LA CURVATURA HORIZONTAL Y DEL PERALTE

B. HIDROPLANEO

Área Temática Seguridad Vial – Proyecto de Carreteras

Autores Francisco Justo Sierra - Ingeniero Civil UBA

Avenida Centenario 1825 9A CP 1643


Tel: +54 011 47471829

Alejandra Débora Fissore – Ingeniera Civil UNSa

Florida 141 1º A


(0387) 4319246

[email protected]

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ÍNDICE


A TRANSICIÓN DE LA CURVATURA HORIZONTAL Y DEL PERALTE

1 TRANSICIONES DE LA CURVATURA – LA CLOTOIDE 1.1 LONGITUD MÁXIMA DE LA CLOTOIDE 1.2 MANEJO DEL CONDUCTOR SEGÚN LA LONGITUD DE LA CLOTOIDE 1.3 LA CLOTOIDE SEGÚN NORMAS DE DISEÑO INTERNACIONALES 1.4 LONGITUD MÍNIMA DE LA CLOTOIDE

2 TRANSICIÓN DEL PERALTE 2.1 INTRODUCCIÓN 2.1 TRANSICIÓN DEL PERALTE SEGÚN COMPORTAMIENTO 2.2 HISTORIA DE GUÍAS DE DISEÑO

3 RELACIÓN ENTRE DISEÑO Y SEGURIDAD SUSTANTIVA

4 DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE Y DISEÑO DE TRANSICIONES 4.1 LIBRO VERDE DE AASHTO 4.2 MÉTODOS EUROPEOS

5 COMPARACIÓN AASHTO 11, DNV 67/80, DNV 10, 3.1 – IC 5.1 COMPARACIÓN GRÁFICA 5.2 EVALUACIÓN DE LAS DIFERENCIAS

B HIDROPLANEO

1 INTRODUCCIÓN

2 CONDUCCIÓN SOBRE CALZADA HÚMEDA

3 QUÉ ES EL HIDROPLANEO 3.1 INTRODUCCIÓN 3.2 PAPEL DE LA CALZADA

4 CONCLUSIONES 4.1 AASHTO 4.2 ASPECTOS LEGALES – Extracto de sentencia sobre responsabilidades

BIBLOGRAFÍA

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Para analizar en profundidad las variables Velocidad, Radio, Peralte, Fricción Transversal y Longitud de transi-ción, y para entender mejor cómo se relacionan, se plantearon cuatro monografías conexas y complementarias: 1) Velocidades y equilibrio dinámico en curvas 2) Distribución del peralte 3) Velocidad directriz inferida y máxima segura crítica

4) TRANSICIÓN DE LA CURVATURA HORIZONTAL Y PERALTE – HIDROPLANEO






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A TRANSICIÓN DE LA CURVATURA HORIZONTAL Y PERALTE

1 TRANCIONES DE LA CURVATURA – LA CLOTOIDE

1.1 LONGITUD MÁXIMA DE LA CLOTOIDE

La mayoría de las normas de diseño reco-miendan usar la clotoide en el diseño de la transición. La requieren entre dos elemen-tos con curvatura constante (recta o curva circular), independientemente del radio de la curva o de la categoría de camino. Usualmente, las ventajas relacionadas con el uso de la clotoide son un gradual incre-mento de la fuerza centrífuga, una conve-niente disposición del peralte, y una apa-riencia estética satisfactoria. En general se usan tres criterios para definir los límites de la longitud de la espiral, los cuales condu-cen a un amplio rango de la longitud de la espiral dentro de la cual los proyectistas pueden elegir.

En particular, las normas DNV’67/80 permiten curvas espirales muy largas sin ninguna ad-vertencia acerca de las posibles consecuencias de su uso. Por el contrario, por razones es-téticas y siguiendo la práctica alemanda de Hanz Lorenz recomienda que el ángulo de des-vío de la transición sea por lo menos de 3º, lo cual se traduce en una longitud aproximada-mente igual a la décima parte del radio; L ≈ 0.1 R. Para seguir largo trecho la variación lineal de la curvatura, a velocidad constante el conductor debería ejercer una presión sobre el vo-lante de dirección de velocidad angular uniforme cual un movimiento analógico. La investi-gación del factor humano halló que aunque en flujo libre, el conductor acciona el volante con presiones discretas de unos dos segundos de duración, dado que además del volante debe atender otros controles tal como la velocidad, señales, vehículos de igual o distinto sentido, etc. de modo que la trayectoria real resulta zigzagueante, aún en rectas, arcos de circunferente, curvas compues-tas y en la clotoide. La carga mental de seguir estricta-mente la trayectoria de una clotoide o una curva com-puesta es mayor que para seguir trayectorias de curvatu-ra constante, como la recta y arcos de circunferencia.

La práctica recomendada actual es limitar la longitud de clotoides tales que al recorrerlas a la velocidad directriz se tarde un tiempo del orden de los dos segundos. Por ejemplo, las longitudes de clotoide de 150 m para 130 km/h en la Chicana de Cañada de Gómez RN9 km 355 deberían haber sido del orden de la mitad, como en la Chicana Voladora de Leones, 80 m.

La elección de la longitud máxima de la clotoide en este rango asegura óptimas condiciones de operación a los conductores, al evitar problemas de percepción de curvatura y así mejo-rar la seguridad vial.

También debe limitarse la longitud mínima, como se verá.

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1.2 MANEJO DEL CONDUCTOR SEGÚN LA LONGITUD DE LA CLOTOIDE

La longitud de la clotoide influye en el manejo del conductor porque afecta la percepción de la curva cuando es muy larga; el conductor mira su primera parte, la cual tiene una curvatura media menor que el arco de curva circular siguiente, y usa esta errónea información para decidir su acción de manejo. Se estableció una conexión entre los despistes, choques y vuelcos y la excesiva variación de la curvatura a lo largo de la curva.

Los resultados del análisis de trayectorias respalda el efecto negativo de una excesiva longi-tud de clotoide en el comportamiento de manejo del conductor. Si la clotoide es muy larga, el conductor maniobra a lo largo de la primera parte y luego, al final de la acción sobre el vo-lante -que corresponde al tiempo de manejo- comienza a volantear y corregir la velocidad en un intento por seguir la creciente curvatura. Estas correcciones y acción de frenado fuerzan al vehículo hacia afuera de la trayectoria planeada por el conductor. Lo dicho vale para las tres aplicaciones de la clotoide en un alineamiento horizontal: recta-circular (transición), y circular-circular, de circunferencias soporte interiores (ovoide) o exteriores (inflexión).

En estos temas conviene pensar en la recta como una circunferencia exterior de radio infini-to. Así, la transición sería un caso singular de la ovoide, o de la inflexión.

1.3 LA CLOTOIDE SEGÚN NORMAS DE DISEÑO INTERNACIONALES

La mayoría de las normas de diseño requieren o recomiendan usar la curva de transición, aunque hay una general falta de uniformidad en las condiciones de su uso y en los controles de su longitud. La clotoide se caracteriza por una curvatura que crece linealmente a lo largo de la longitud de su arco; no todos recuerdan que la clotoide es la mismas curva que la es-tudiada y tabulada por Joseph Barnett en los 40.

Usualmente, las normas definen los límites de la longitud de la clotoide según tres criterios: comodidad apariencia pendiente relativa de borde

El criterio de comodidad del conductor procura proveer una longitud de clotoide que permita una gradual aplicación de la aceleración lateral mientras el vehículo entra en la curva.

El criterio de apariencia asegura que la percepción visual de la curva es correcta.

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El criterio de pendiente define la longitud mínimo de clotoide basado en la limitación de la pendiente de borde del pavimento en relación con la pendiente del eje de rotación, dado que usualmente el peralte se alcanza a lo largo de la clotoide.

Los parámetros mínimos de clotoide permitidos por las normas suizas se calculan usando el criterio de comodidad, y recomiendan que la rotación del peralte se deba realizar usando la pendiente relativa máxima en los caminos rurales, para mejorar la percepción de la curva adelante.

La norma alemana recomienda usar una clotoide corta (A=R/3) para asegurar una buena percepción de la curva, si esta curva sigue a una recta u otra curva que tenga un radio mu-cho más grande.

La norma francesa subraya que la clotoide debe ser corta para impedir la confusión de los conductores respecto de la agudeza de la inminente curva.

La norma del Reino Unido calcula la longitud de clotoide usando la ecuación del control de comodidad con una tasa de cambio de la aceleración lateral entre 0.3 m/s3 y 0.6 m/s3.

Las guías australianas y norteamericanas aunque reconocen las ventajas de una curva de transición antes de una curva circular, no recomiendan usarla.

La guía australiana sugiere no usar una clotoide más larga que la longitud necesaria para alcanzar el peralte, especialmente en caminos con entorno de baja velocidad. La norma re-comienda un retranqueo p de 0.5 m para curvas en caminos con un entorno de alta veloci-dad en terreno llano.

La guía de los EUA informa la ecuación de comodidad (sin el cambio en la pendiente trans-versal) usando una tasa de cambio en la aceleración lateral que varía de 0.3 m/s3 a 0.9 m/s3, aunque la longitud resultante puede acortarse para tomar en cuenta el peralte. Además, la guía sugiere que la tasa de cambio de la aceleración lateral coherente con la comodidad del conductor es 1.2 m/s3. Para evitar la confusión del conductor acerca de la agudeza de la curva inminente, la norma recomienda que el retranqueo máximo entre la recta y el arco circular sea de 1 m. Finalmente, la guía de los EUA introdujo una longitud deseable de clotoide que sea del orden de la longitud recorrida a la velocidad de diseño en dos segundos, tiempo representativo de la natural maniobra de giro del volante de la ma-yoría de los conductores.

La norma italiana requiere insertar la clotoide entre dos elementos geométricos con curvatu-ra constante. Es decir, la clotoide debe usarse en todas las categorías rurales y urbanas de caminos. Además, la norma no fija al radio un límite superior, arriba del cual no pueda usar-se la clotoide.

La norma argentina A10 recomienda usar las transiciones en todas las curvas que requie-ran peralte; y la longitud máxima la limita en función de la longitud mínima, Lemáx = 1.25 Lemín.

Para la norma argentina DNV’67/80, las transiciones son innecesarias para p ≤ 0.1 m, de lo que resulta R ≈ V2/10 para radio R en metros y velocidad directriz V en km/h

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En general todas las guías requieren que el peralte desde 0% hasta el peralte final se ob-tenga a lo largo de la clotoide, mientras que el peralte inicial entre -2.5 y +2.5% se alcanza a lo largo de la recta (runout). Sin embargo, no es un requerimiento absoluto; por razones de apariencia estética la clotoide puede ser más larga que el desarrollo del peralte.

Parámetros de clotoide correspondiente a un retranqueo p de 1 m

1.4 LONGITUD MÍNIMA DE LA CLOTOIDE

La longitud mínima de la clotoide se atiene al criterio de comodidad del conduc-tor de aplicar gradualmente la aceleración centrífuga, del orden de 0.6 m/s3 a la velocidad directriz, o 0.45 m/s3 a la velocidad de ope-ración o media de marcha.

El nomograma siguiente de fuente A10 es válido para la clotoide en sus tres aplica-ciones, y según los datos e incógnita puede entrarse a él por varios puntos y ejes, como se explica con ejem-plos en la A10, pág. 3.35 y lámina 12 del Atlas.

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2 TRANSICIÓN DEL PERALTE

2.1 INTRODUCCIÓN

En las curvas de transición para Caminos de Joseph Barnett, traducidas y convertidas al sistema métrico por la AGVN en 1941, se trata la ubicación de las transiciones de peralte en relación con curvas espirales de transición (clotoides) de entrada y salida a las curvas circu-lares: "la curvatura comienza desde cero en TE [Tangente-Espiral], momento en el que la mitad exterior del pavimento debe ser horizontal para que en ningún punto de la curva la pendiente de la superficie hacia el exterior sea negativa. El peralte completo debe alcanzar-se en el punto EC [Espiral-Curva] donde el radio de curvatura es el para cual se diseñó el peralte”. Es decir, se prescribe desarrollar el peralte sobre la longitud de la espiral, entre TE y EC. Barnett recomienda una tasa de transición máxima de 1:150 (pendiente del borde de pavimento exterior con respecto a la rasante aplicada en el centro de la calzada) para una velocidad directriz asumida de 50 km/h; 1: 175 para 65 km/h; y 1: 200 para velocidades más altas.

El Libro Azul de AASHO 1954/65 adoptó los criterios de Barnett para desarrollar el peralte íntegramente sobre las espirales.

En la primera edición del Libro Verde de AASHTO 1984 se añadió que en las curvas sim-ples sin transiciones "la práctica del diseño actual es colocar aproximadamente dos tercios del desarrollo en la recta de aproximación y un tercio en la curva”.

En ediciones posteriores AASHTO reconoce que para recorrer la longitud de la trayectoria espiral natural creada al entrar y salir de una curva circular simple, los conductores tardan de dos a cuatro segundos.

La Figura 2.1, A10, muestra cómo modificar el perfil de la sección transversal desde el BN (bombeo normal) en recta al perfil peraltado en curva, y viceversa. https://goo.gl/YBjMFf

Toda curva que requiera peralte debe tener transiciones en la entrada y en la salida, para favorecer la variación de la curvatura en correspondencia con la variación del peralte y del sobreancho. La transición del peralte está compuesta de dos partes: el desa-rrollo en recta extendida (Rex) y el desarrollo del peralte (Des); runout + runoff

Desarrollo en recta extendida (Rex): se refiere a la rotación del carril exterior desde el bombeo normal (A) hasta su posición horizontal (B).

La norma A10 argentina, por razones prácticas y para obviar las consecuencias de la eventual aparición de fricciones laterales negativas al desarrollar parte del peralte en la recta, recomienda proyectar transiciones en toda curva que requiera peralte. Antes de las computadoras y programas viales, proyectar una curva horizontal con transiciones reque-ría usar tablas y se demoraba bastante, particularmente si era una curva asimétrica u ovoide; ahora se demora lo mismo al usar o no las curvas de transición, y muchísimo menos que con tablas.

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Desarrollo del peralte (Des): se refiere a la rotación del carril exterior desde su posición horizontal (B) hasta revertir el bombeo (C) y desde allí la rotación de ambos carriles hasta el peralte total (E).

Figura 2.1 Transición del peralte

Para evitar problemas de drenaje, la longi-tud de los tramos con pendiente transversal menor que 2% se limita a 40 m. Una pro-fundidad de agua de 1,5 cm es suficiente para producir hidroplaneo; si los neumá-ticos estuvieran desgastados, una pro-fundidad menor sería suficiente.

La pendiente del desarrollo en recta exten-dida (Rex) es igual que la del desarrollo del peralte (Des), siempre que se verifique que la longitud con pendiente transversal inferior a 2% no supera los 40 m. En caso contrario la transición del peralte se realiza según el diagrama de peralte de la lámina modelo incluida en el Atlas de la A10.

Métodos de transición del peralte – A10, Subsección 3.3.5, pág. 3.30

Se distinguen según sea la línea elegida como eje de giro: eje central, borde interior, borde exterior. En la mayoría de los casos se emplea el giro del peralte alrededor del eje central. Restricciones tales como accesos a propiedad o drenaje en ambiente urbano pueden reque-rir la rotación alrededor del borde interior o exterior; en estos casos y cuando la rasante está aplicada en el eje de la calzada, estas opciones distorsionan la rasante de la línea central que se ve afectada por el peralte. Para evitar los cálculos de ajuste de la rasante, lo más práctico es trasladar el punto de aplicación de la rasante en toda la curva y hacia el borde elegido como eje de giro.

Alrededor del eje central Generalmente para peraltar un camino de dos carriles se gira el pavimento alrededor de su eje central.

Figura 2.2 Método I: giro del peralte alrede-dor del eje central

Alrededor del borde interior

Figura 2.3 Método II: giro del peralte alre-dedor del borde interior

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El segundo método se utilizara como excep-ción en los casos en que el pavimento se en-cuentre a la altura mínima sobre las cunetas o napa freática, o la curva se encuentre en co-rrespondencia con obras de arte con tapada mínima.

Alrededor del borde exterior Figura 2.4 Método III: giro del peralte alrede-

dor del borde exterior

Este método podrá utilizarse como excep-ción, cuando por razones estéticas no sea conveniente deformar el perfil externo, el cual es más notable para los conductores.

Casos especiales

En las Figura 2.5 y Figura 2.6 se muestran tratamientos especiales para la transición del peralte en curvas reversas y espalda-quebrada.

En curvas reversas, conviene eliminar la pe-queña recta intermedia

Figura 2.5 Desarrollo del peralte en curvas reversas

En curvas espalda-quebrada, en el tramo recto, por razones prácticas conviene mante-ner el bombeo removido (BR), en lugar del bombeo normal (BN)

Figura 2.6 Desarrollo del peralte en curvas espalda-quebrada

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3 RELACIÓN ENTRE DISEÑO Y SEGURIDAD SUSTANTIVA

El proceso tradicional desarrollar un proyecto vial se basa en aplicar normas y criterios de diseño de las tres dimensiones de la calzada: sección transversal, y alineamientos horizontal y vertical. Los criterios de diseño se basan generalmente en las Políticas de AASHTO sobre diseño geométrico y documentos complementarios. La presunción de la mayoría es que es-tos criterios están relacionados directamente con la seguridad (seguridad nominal), lo cual no siempre es el caso, sobre todo con normas desactualizadas. Por ejemplo, el Libro Verde basa el diseño de las curvas horizontales en la comodidad del conductor; no en estudios basados en datos de seguridad de fondo.

El cálculo de la distancia visual de detención y longitud mínima de curvas verticales no se basa en la investigación de datos de choques, sino en el ejercicio de un modelo simple: conductor que ve un objeto en el camino y frena hasta detenerse antes.

4 DISTRIBUCIÓN PERALTE y DISEÑOS de TRANSICIONES

4.1 LIBRO VERDE DE AASHTO

En general, las normas y criterios acondicionar instalaciones viales se desarrollaron sin te-ner en cuenta los efectos de seguridad por los cambios en el elemento de diseño asociado. Muchas características viales afectan a la seguridad de la instalación.

Los conductores lentifican en las curvas horizontales cerradas. Desde el punto de vista del diseño de la curva, los proyectistas deben evitar las curvas tan cerradas que promuevan una significativa reducción de la velocidad de operación (más de 15 km/h). Sin embargo, para diseñar las curvas de radio mínimo, algunos investigadores hallaron que una reducción nominal de velocidad de 3 a 5 km/h provee un compromiso aceptable entre la comodidad del conductor y el tiempo de viaje; Lamm propone no más de 10 km/h.

Un análisis cinemático del movimiento lateral de un vehículo en la sección de transición del peralte indica que el diseño adecuado de esta sección puede mini-mizar o eliminar el desvío lateral.

Comprender la seguridad sustantiva basada en la seguridad vial y el beneficio de evaluar el diseño del proyecto en términos cuantificables basados en datos requiere conocer las relaciones entre las acciones del conductor, el medio ambiente, el tránsito, y otras carac-terísticas, y el efecto que estas relaciones pueden tener en la frecuencia y gravedad de los choques: muertos, heridos y daños materiales. Sin embargo, la mayoría de los crite-rios de diseño (alineamientos horizontal y vertical, y anchuras de carriles y banquinas) se establecieron hace años sin conocer los efectos de la geometría sobre los choques. Al-gunos criterios se perfeccionaron a lo largo de los años para incorporar la experiencia de choque o de análisis de riesgos. Hasta el reciente reconocimiento de la investigación y conocimiento sobre la seguridad de fondo cubierto en el Highway Safety Manual, el avan-ce más allá de estas aplicaciones limitadas fue difícil. Muy lentamente en la Argentina, este enfoque está cambiando.

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Al diseñar la curva de transición recta-a-curva (clotoide), muchos organismos via-les no mantienen una mínima transición de desarrollo del peralte igual a 2 s de tiempo de viaje a la velocidad directriz.

PERALTE

El peralte ayuda a aumentar la comodidad del conductor al contrarrestar la aceleración late-ral experimentado como el vehículo atraviesa la curva. La velocidad máxima de peralte de-pende del clima, el contexto de la zona, y la frecuencia de vehículos lentos. Los estados del norte, donde la nieve y el hielo que prevalezcan condiciones, tienen tasas máximas de peral-te de 6 a 8% para evitar la emisión de vehículos deslizante transversalmente cuando las condiciones climáticas son pobres y causar marcha lenta. Para los estados donde la nieve o el hielo condiciones no son un problema, AASHTO da una guía de diseño para las tasas de peralte de hasta 12%.

El peralte junto con curvatura horizontal tiene un efecto significativo en choques fuera del camino. El factor de fricción del pavimento también afecta todo terreno choques. En general, las curvas más planas tienden a ser más seguras. Sin embargo, el proyectista debe ser consciente de que con el mismo ángulo de desviación, la curva más plana será más larga. Además, todos estos factores tienen un efecto más grande cuando hay un alto porcentaje de camiones con un centro de gravedad alto.

Los caminos de alta velocidad requieren peralte en las curvas que dan la comodidad del conductor y la capacidad de controlar el vehículo. Las curvas cerradas en caminos con alto porcentaje de camiones pueden necesitar el ensanchamiento de los carriles a través de las curvas, para acomodar la salida de huella de los camiones. El diseño adecuado de los carri-les en las curvas disminuye la frecuencia de choques atribuibles a vehículos que no pueden permanecer en sus carriles. La coherencia en el diseño es importante para evitar la violación de las expectativas del conductor. Las curvas cerradas después de rectas largas tienden a conducir a violaciones de las expectativas del conductor, con resultantes choques por des-pistes.

FRICCIÓN LATERAL MÁXIMA Los conductores tienen demandas similares de fricción lateral cuando viajan por cur-vas de caminos y calles. Así, no parece justificarse el uso de factores separados de fric-ción lateral para diseñar curvas en calles urbanas de baja y alta velocidad.

Una significativa bajada del camino agota el abastecimiento de fricción disponible para cortar-la-curva.

El Libro Verde no trata explícitamente el tema del drenaje de la superficie del pavimento en la sección de transición del peralte. El alabeo de la calzada en esta sección puede imponer varios problemas de drenaje; puede resultar en inadecuada pendiente longitudinal o lateral para propósitos de drenaje, que puede resultar en una significativa reducción de la provisión de fricción (hidroplaneo). El drenaje inadecuado en la sección de transición del peralte es particularmente peligroso porque durante la entrada en una curva aparecen demandas de fricción adicionales en la interfaz neu-mático-pavimento.

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4.2 MÉTODOS EUROPEOS

Las distribuciones de peralte de Alemania, Francia y Reino Unido están representadas por relaciones lineales (o casi, como Alemania) entre el peralte y la curvatura. Esta tendencia es un fuerte contraste con la distribución parabólica asimétrica usada en el Libro Verde. La ventaja obvia de una relación lineal es la simplicidad de cálculo, en relación con la parábola.

5 COMPARACIÓN AASHTO, DNV 67/80, DNV 10, 3.1 – IC Trazado

5.1 COMPARACIÓN GRÁFICA

AASHTO 2011 – DNV 10 Figura 5.1: Ejemplo Distribución peralte - VD 100 km/h, emáx 6, 8, 10%

Figura 5.2: Ejemplo distribución fricción - VD 100 km/h, emáx 8%

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Figura 5.3: Ejemplo VMSC - VD 100, emáx 8%

Norma 3.1 – IC Trazado, España – DNV 10

Figura 5.4: Distribución del peralte Norma 3.1 – IC Trazado, España – DNV 10

5.2 EVALUACIÓN DE LAS DIFERENCIAS

En las Figuras 5.1 el área encerrada entre la línea DNV 10, y cada una de las líneas de AASHTO 11 para peraltes máximos de 6, 8 y 10 % representan en cierta escala y en el rango de aplicación, la mayor fricción lateral total requerida respecto de la DNV 10, la cual aporta mayor peralte, del mismo valor total. Dividiendo por el rango de R se obtiene la fricción transversal media adicional para cada peralte máximo.

Según comunicación del ingeniero Sandro Rocci sobre la distribución del peralte de la norma española 3.1 - IC: La idea de establecer una única relación radio – peralte ya estaba recogida en un bo-rrador de 3.1-IC que terminé en 1990 (pero no se oficializó), y en otro que mis suceso-res realizaron en 1996 (y tampoco se promulgó). La verdad es que partimos entonces (y ahora) de las ideas de la AASHTO; pero en vez de barajar, para cada radio, una gama de peraltes, preferimos cortar sesgadamente el haz de curvas y establecer un valor úni-co, lo que simplifica horrores la práctica. Y nos pareció suficiente para cambiar la norma: bien es cierto que éramos la propia DGC, y sólo nos tuvimos que convencer a nosotros mismos.

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B HIDROPLANEO

1 INTRODUCCIÓN

En esta parte del trabajo técnico se trata el hidroplaneo en relación con el pobre drenaje de la calzada debido a pendiente transversal insuficiente, tanto en rectas como en curvas, co-mo se grafica por ejemplo en la planialtimetría de la Chicana de Cañada de Gómez RN9 km 355-359 con una a longitud de calzadas de 150 m con pendiente transversal < 2%. Condi-ción que convendría verificar en las rectas, en otros Puntos Negros de concentración de choques por despistes registrados en rectas por los bomberos de la zona al acudir a llama-dos de emergencia; hasta 16 en un día por los bomberos de General Roca en el km 408, y en los km 324.5, 360, 361, 363, 365.5, 367 (2), 375, 379, 382 (2), 384, 385, 386, 388, 397, 409, 420, 434, 441, 463, 469, 486, 628, 689, por otros colegas zona-les...http://goo.gl/PSaZtO, https://goo.gl/n2chT6, http://goo.gl/2sNWFe

Con distintos acentos, la información pública consiste en variaciones del sonsonete: por razones que se tratan de establecer el conductor pierde el control, dan un tumbo y cruzan de carril quedando de la otra mano rumbo a Rosario. Bill Clinton habría cambiado su apo-tegma sobre la economía, por el hidroplaneo.

Desde el punto de vista del diseño geométrico e ingeniería de seguridad lo principal es re-ducir al máximo las pendientes transversales menores que 2%, y mejor 2.5% en zonas llu-viosas y eliminar bordos de pocos centímetros sobresaliente por falta de mantenimiento, como es común bajo las barandas metálicas, a veces con postes empotrados en cordones sobresalientes unos cm del nivel de terrano, y otras veces inútiles, hasta sin objeto fijo o condición de riesgo detrás. Recordar la breve recomendación del Doctor Ingeniero John Glennon:

Regla Empírica

Puede Esperarse el Hidroplaneo a Velocidades Superiores a los 70 km/h donde Haya Charcos de Agua de 2.5 mm o Más en una Longitud de Camino de 9 m o Más.

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RN9 Rosario-Córdoba km 397 RN9 Rosario-Córdoba km 689

RN9 Rosario-Córdoba km 666 RN9 Rosario-Córdoba km 540

Los siguientes ejemplos corresponden a la RN14 km 101 y Puntos Negros de la RN9 Chica-na del km 65 y Chicana Paso por Campana km 75, en el centro de la Línea Negra.

Obsérvese el nulo/pobre drenaje superficial de la calzada por el reflejo de los charcos

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RN9 Rosario – Córdoba km 408 – Punto negro

RN9 Córdoba Jesús María km 740

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RN14 Rotatoria km 101 – 5 muertos + 17 heridos

RN9 km 75 Campana – Punto Negro

RN9 La Chicana del km 65.5 Sentido BA – Punto Negro

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RN9 La Chicana del km 65.5 Sentido BA – Punto Negro

RN9 km 233 San Nicolás – Hidroplaneo – Banquina tierra – Taludes > 1:4

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RN9 km 73.5 Campana RN9 km 75 Campana – Punto Negro

RN9 km 80 Campana RN9 km 68 Campana

RN12 Santa Ana Misiones RN18 km 51 Entre Ríos

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2 CONDUCCIÓN SOBRE CALZADA HÚMEDA

Las lluvias afectan negativamente la seguridad del tránsito vial, sobre todo en áreas de dre-naje superficial insuficiente. El riesgo de hidroplaneo está influido principalmente por el es-pesor de la película de agua. Un parámetro igualmente importante para la incidencia hidro-planeo es la velocidad de operación.

Varias investigaciones mostraron que los usuarios reducen su velocidad durante las fuertes lluvias. Hasta ahora, raramente los resultados se diferencian según tipo o intensidad de la precipitación. La cuestión es en qué medida los usuarios reducen su velocidad en función de la intensidad de lluvia y si su velocidad cae por debajo de la velocidad de hidro-planeo.

La velocidad de hidroplaneo indica cuándo se debe esperar que los neumáticos pierdan tracción y naveguen sobre un colchón de agua en la calzada. Es posible determinar las ve-locidades de hidroplaneo en función de varios factores. Entre otros, el grado de deterioro depende del espesor de la película de agua sobre la calzada, para cuya determinación y las velocidades de hidroplaneo se desarrollaron programas como el PLANUS.

Diversas investigaciones de choques mostraron que las condiciones de superficie de calza-da húmeda llevan a un claro aumento del riesgo de choque, en comparación con una calza-da seca. Esto es especialmente cierto para las secciones de desarrollo de peralte donde el valor del peralte pasa por cero.

El riesgo de choque en condiciones de humedad en las secciones de desarrollo del peralte es hasta cinco veces más alto que en superficies secas.

Para reducir el riesgo de choques en las secciones de desarrollo de peralte en condición húmeda son necesarias medidas de ingeniería de diseño, de infraestructura o de tránsito; por ejemplos, pavimento drenante, ranurado, reconstrucción de la calzada... remedios cos-tosos que el proyectista debe prever.

3 QUÉ ES EL HIDROPLANEO

3.1 INTRODUCCIÓN

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El hidroplaneo de los vehículos en la calzada es un fenómeno caracterizado por la pérdida completa de control direccional cuando un neumático se mueve lo suficientemente rápido como para cabalgar sobre una película de agua sin contactar el pavimento. Aunque los vehículos, camino, y factores ambientales afectan la probabilidad de hidroplaneo, una regla general para los caminos rurales es que se puede esperar el hidroplaneo para velocidades superiores a 70 km/h en charcos de agua con un espesor ≥ 2.5 mm y una longitud ≥ 9 m. Para cualquier conjunto de acciones del conductor y condiciones de los neumáticos, el hi-droplaneo es una función del espesor de agua.

Aunque es un fenómeno muy complejo, se sabe que su probabilidad de ocurrencia está aso-ciada con varios factores del vehículo, calzada y ambiente.

El hidroplaneo crece con: Profundidad de Compactadas Huellas de Ruedas Deterioro de la Microtextura del Pavimento Deterioro de la Macrotextura del Pavimento Disminución de la Pendiente Transversal del Pavimento Velocidad del Vehículo Desgaste de la Banda de Rodadura del Neumático Relación entre Carga de Neumático y Presión de Inflado Intensidad de Lluvia Duración de Lluvia

Además, la probabilidad de pérdida de control del vehículo por hidroplaneo crece según el grado de giros, la tasa de aceleración o desaceleración, el tipo de vehículo y la magnitud de los vientos cruzados.

Un organismo vial interesado en minimizar la ocurrencia del fenómeno del hidroplaneo sólo puede ejercer un mínima control sobre el vehículo, conductor y factores ambienta-les. Sin embargo, puede identificar y corregir los lugares que demuestran una susceptibilidad al hidroplaneo; por ejemplo, fondo de las curvas verticales cóncavas y pavimentos con notable ahuellamiento donde se estanca el agua.

Donde se carezca de fondos para tales trabajos, en los lugares propensos al hidroplaneo debe-rían aplicarse contramedidas de bajo costo, tal como reducir los límites de velocidad y colocar señales de advertencia de la condición resbalosa de la calzada, todo lo cual no deja de ser una IRONÍA SINIESTRA al decir de nuestro in-geniero Pascual Palazzo.

Cuanto mayor sea la velocidad del vehícu-lo, mayor es el riesgo de hidroplaneo en condiciones de humedad. Si un neumático que rueda sobre la superficie húmeda a alta velocidad se está levantando y se des-liza sobre una "cuña" de agua, respectiva-mente, si el neumático se separa de la su-perficie del camino por una película de agua cerrada esto se conoce como hidro-planeo

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Los choques viales que involucran hidroplaneo son más evidentes a medida que aumentan las velocidades, los anchos de carriles pavimentados y un mayor desgaste del pavimento por mayor tránsito y cargas más pesadas.

Factores viales

Profundidad de huellas de rueda compactadas Microtextura de pavimento Macrotextura de pavimento Pendiente transversal pavimento Pendiente Ancho del pavimento Curvatura camino Depresiones longitudinales

Factores ambientales Intensidad de la lluvia

Duración lluvia

Factores del conductor Velocidad Aceleración Frenado Dirección

Factores del vehículo Desgaste dibujo neumático Relación carga del neumático a pre- sión de inflado Tipo de vehículo

3.2 PAPEL DE LA CALZADA

La comunidad de ingeniería vial mostró gran preocupación por el hidroplaneo en la década de 1960 y principios de 1970. Con 70 km/h los límites de velocidad en todo el país, y con aceras más anchas en cons-trucción, sobre todo en los caminos inter-estatales, accidentes hidroplanear aumen-taron dramáticamente. Como reacción parcial a estas tendencias, se iniciaron proyectos de investigación para estudiar el problema. Algunos de los trabajos más significativos de hidroplaneo camino fueron obra de Bob M. Galloway y otros. En los EUA, los resultados de su investigación pasaron por alto desde 1973, cuando los límites de velo-cidad en todo el país se redujeron a 80 km/h y el problema del hidroplaneo se redujo. Ahora, con los límites de velocidad en todo el país de 110 km/h los accidentes aumentaron y las nuevas investigaciones reiteran las recomendaciones anteriores.

Normas de Diseño de Pendiente Transversal de Calzada

La falta de una adecuada pendiente transversal camino parece jugar un papel importante cuando las condiciones viales son importantes en la creación de hidroplaneo. Por lo tanto, parecería informativa para mirar los estándares de diseño pendiente transversal de camino.

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4 CONCLUSIONES

4.1 AASHTO

Aunque AASHTO parece estar preocupado por el drenaje del pavimento, la preocupación no se expresa con fuerza, sobre todo en las especificaciones de la pendiente transversal donde se permite un mero 1,5% de pendiente transversal para pavimentos de tipo alto. Esta desig-nación de alto tipo no está definida directamente por AASHTO, pero connota una adecuada pavimento de caminos de alta velocidad; una fuerte pavimento con tolerancias de construc-ción en la pendiente transversal. Pero obtener este tipo de pavimento puede ser algo así como un sueño imposible. Sobre la base de los resultados de investigaciones recientes, y en consideración de las de-masiado comunes irregularidades del pavimento (asentamientos, surcos de las ruedas, etc.) que parecen demasiado común, debería insistirse en la recomendación de pendiente trans-versal mínima de 2 a 2,5% para minimizar la propensión a hidroplaneo, especialmente para caminos de alta velocidad, y limitar la tangente extendida (runout) a no más de 20 m en la transición del peralte, y a cada lado de la CE-EC de las curvas reversas, como se recomien-da en la A10, y en todas las normas internacionales actualizadas.

4.2 ASPECTOS LEGALES - Extracto de sentencia sobre responsabilidades

La Cámara Nacional Civil y Comercial de Junín imputó responsabilidad concurrente a la Di-rección Provincial de Vialidad y a la Provincia de Buenos Aires por los daños producidos en el automotor del actor (a quien le impuso el 65% de responsabilidad por circulación a exceso de velocidad y con neumáticos lisos) en circunstancias de circular bajo la lluvia y estando bacheado profundamente la ruta, debido al efecto de “hidroplaneo”, en virtud de los defectos de construcción y/o conservación que permitían la formación de charcos de agua en el pa-vimento. También se le ordenó a la Dirección Provincial de Vialidad reparar la carpeta asfál-tica de la ruta dentro del plazo de 180 días, y que dentro del plazo de 60 días se coloque en ambas manos, con una antelación de 1000 m, carteles indicadores sobre el peligro de hidroplaneo y la reducción de velocidad en días de lluvia.

5483 PALABRAS

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