Diseño Geométrico de Carreteras - Clases UPC 01

INGENIERÍA DE CARRETERAS Profe rof esor : Manuel E. Silvera L. – Ing. Civil con Post Grado en Ing. de carreteras Profesor de la Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Email: [email protected] Semestre 2010 - 1

Profesor: M. Silvera

INGENIERÍ INGENIERÍ A CA RRETERAS - UPC 20102010-1 A DE CARRETERAS

Bibliografía Bibliografía Utilizada

• A Policy on Geometric Desing of Highways of Highways and streets 1994 • Manual de Diseño Geométrico de carreteras DG2001



Bibliografía Bibliografía Utilizada

• A Policy on Geometric Desing of Highways of Highways and streets 1994 • Manual de Diseño Geométrico de carreteras DG2001



Diseño Geométrico de Carreteras “El diseño geométrico es la parte más importante del proyecto integral de carreteras, ya que a través de él se establece su configuración geométrica tridimensional, buscando que la vía sea funcional, segura, cómoda, estética, económica y compatible con el medio

ambiente”. (Cárdenas, 2002) Vías en la Costa verde - Lima Fuente: I. Cabrera

INGENIERÍ INGENIERÍ A A DE CARRETERAS - UPC 20102010-1


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

Fuente: propia

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



Diseño Geométrico de Carreteras

Los factores internos contemplan las

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

Vías en la Costa verde - Lima Fuente: propia



Diseño Geométrico de Carreteras Por lo tanto el diseño Geométrico de una carretera involucra la correlación de los siguientes elementos: 1. Elementos físicos de la vía 2. Condiciones de operación de los vehículos 3. Características del terreno

• Los elementos físicos hacen referencia a los alineamientos (horizontal y vertical) y las secciones transversales. • Las condiciones de operación se refieren a las características de los vehículos que usarán la vía (dimensiones, radios de giro, etc). • Las características del terreno se refieren a la topografía que presentan



1. Elementos físicos de las vías Concepto tridimensional de una ví a

Lo común es realizar dos análisis bidimensionales complementarios a la vía conocidos como: alineamiento horizontal (x,z) y vertical (y). Estos alineamientos no se trabajan totalmente por separado, sino que debe existir un diseño que garantice la armonía de los alineamientos sin producir perdida de seguridad cuando éstos se superpongan En la siguiente figura se muestra una vista tridimensional del eje de la carretera representado a través de los alineamientos horizontal y vertical.



Diseño Geométrico de Carreteras – Alineamientos

Alineamiento vertical

Alineamiento horizontal Fuente: James Cárdenas



1. Elementos físicos de las vías Alineamiento Horizontal

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

Fuente: Quintana y Altez

Eje de la vía

Curvas de nivel

Fuente: J. Reyes



1. Elementos físicos de las vías Alineamiento Vertical

Perfil longitudinal y rasante

Fuente: área de transporte PUCP. Fuente: google imágenes

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

Fuente: J reyes, 2006



1. Elementos físicos de las vías Secciones transversales Sección transversal - Tramo tangente

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

Se analizan las secciones que se forman a lo largo de la carretera cuando es cortada con un plano perpendicular a su eje. Con ellas se puede conocer posteriormente el movimiento de tierras y la necesidad de obras de arte o estructuras. Las secciones

Fuente: Adaptado de Mannering Y Kilareski



1. Elementos físicos de las vías Secciones transversales en tramo curvo

Fuente: Google imágenes

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

Fuente: James Cárdenas



2. Condiciones de operación de los Vehículos Vehículos de diseño

Condicionan los aspectos de dimensionamiento geométrico y estructural de una carretera, por ejemplo: • El ancho del vehículo adoptado incide en el ancho del carril, bermas y sobreancho de curvas • La distancia entre ejes influye en los radios mínimos • La relación “peso bruto/ potencia” guarda relación con la pendiente admisible. • Las longitudes mínimas de curvas verticales depende de la altura del ojo de conductor y objeto estacionario sobre la rasante



2. Condiciones de operación de los Vehículos Dimensiones – vehículos ligeros (automóviles y camionetas hasta 1.5 Tn)

5.8 m

Fuente: Cal y Mayor, 2000 2.10 m

Para el cálculo de las distancias de parada y sobrepaso

hf (altura de faros delanteros): 0.60 m hc (altura de ojos del conductor):1.07 m h (altura de obstáculo fijo en la carretera):0.15 m hc (altura de ojos de un conductor de camion o bus): 2.50 m hl (altura de luces traseras de un automóvil o menor altura perceptible de carrocería): 0.45 m ht (altura del techo de un automóvil) :1.30 m



2. Condiciones de operación de los Vehículos Características de los Vehículos Vehículo pesado

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

Fuente: Cal y Mayor



2. Condiciones de operación de los Vehículos Giros de los vehículos

El espacio mínimo absoluto para ejecutar un giro de 180° en el sentido de movimiento de las agujas del reloj, queda definido por la trayectoria que sigue la rueda delantera izquierda del vehículo (trayectoria exterior) y por la rueda trasera derecha (trayectoria interior). Además de la trayectoria exterior, debe considerarse el espacio libre requerido por la sección en volado que existe entre el primer eje y el parachoques, o elemento más sobresaliente. La trayectoria exterior queda determinada por el radio de giro mínimo propio del vehículo, y es una característica de la fabricación. La trayectoria interior depende de la trayectoria exterior, del ancho del vehículo, de la distancia entre el primer y último eje y de la circunstancia que estos ejes pertenecen a un camión del tipo unidad rígida o semirremolque articulado.



Condiciones de operación de los Vehículos Giros mínimo de los vehículos

Fuente: Cal y Mayor, 2007



Condiciones de operación de los Vehículos Giros mínimo de los vehículos

Fuente: Cal y Mayor, 2007



Fuente: Manual de diseño Geométrico para Carreteras DG 2007



3. Características del Terreno Los terrenos pueden ser planos, ondulados o accidentados. La pendiente transversal del terreno al eje de la carretera determina 3 tipos de carretera: El tipo de terreno es importante en el sentido que limita el diseño de la carretera Y lleva a menores niveles de servicio cuando la topografía es muy variable. Terreno ondulado Terreno plano

Fuente: Quintana, Altez

Fuente: Google imágenes

Terreno accidentado

Fuente: propia



3. Características del Terreno Representación del terreno El terreno se suele representar a través de curvas de nivel los cuales posteriormente permiten una reproducción digital de la superficie Curvas de nivel

Modelo digital

Debido al uso común de curvas de nivel, una de las metodologías más usadas en el trazo de alternativas de una carretera es el método de la pendiente constante.



Clasificación de carreteras – Norma Peruana Las carreteras se clasifican de acuerdo a: 

Su función  A la demanda  Condiciones orográficas

• Según su función se clasifica en: 

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

Sistema departamental Red vial Lima

Fuente: MTC



Red Vial Peruana

Fuente: MTC Fuente: MTC



Clasificación de acuerdo a la demanda

• Autopistas: (IMDA > 4,000 veh/día, control total de accesos) • Carreteras Duales: (IMDA >4,000 veh/día, control parcial de accesos) • De 1ra Clase: (IMDA entre 2,000 y 4,000 veh/día) • De 2da Clase: (IMDA entre 400 y 2,000 veh/día) • De 3ra Clase: (IMDA hasta 400 veh/día) • Trochas Carrosables: (IMDA no especificado)



Según el tipo de Terreno Las carreteras se clasifican de acuerdo a la orografía. La pendiente transversal del terreno al eje de la carretera determina 4 tipos: Tipo I: pendiente entre 0 y 10%  Tipo II: pendiente entre 10% y 50%  Tipo III: pendiente entre 50% y 100%  Tipo IV: pendiente > 100% 

Fuente: Google imágenes Fuente: Quintana y Altez

Fuente: I.Cabrera



fuente: Manual de diseño diseño geométrico geométrico para carreteras carreteras DG – 2001

Tabla 104.01 Determinación de la velocidad de diseño



Ubicación y trazado de rutas Fuente: Quintana y Altez

Tres posibles rutas destino

origen Fuente: Adaptado de Quintana y Altez Fuente: Quintana y Altez



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

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



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

En cuanto a los factores relacionados con el flujo de tráfico podemos mencionar : (existente y propuesta) Patrones de viaje O-D (origen-destino) Población 

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

Rutas alternativas

• Tamaño y clase • Volúmenes de tráfico existentes Actual

y futuro uso del suelo

Zona urbana Zona urbana Ruta A

Zona urbana

Zona urbana



Factores de ubicación de rutas en zona rural Entre los factores físicos podemos mencionar: 1. Pendientes

• No deben ser tan pronunciadas o mantenidas en tramos considerables, especialmente debido al efecto sobre los camiones. • Si la pendiente es muy pronunciada estudiar la necesidad de carriles de ascenso. • Tratar de compensar el movimiento de tierras, es decir cortes y rellenos.

Fuente: Propia



Chequeo de las pendientes longitudinales y transversales

Chequeo de la pendiente se realiza con eclímetro




Chequeo de la pendiente se realiza con eclímetro



Factores de ubicación de rutas en zona rural 2. Movimientos de tierra

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


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




Cambio de ruta debido a zona rocosa.




Análisis de posibles rutas através de un terreno accidentado X

Corte x-x abra abra abra Plano de curvas de nivel Representación de un abra o portezuelo

X

Fue

José Césped



Factores de ubicación de rutas en zona rural 3. Facilidad de Unión con la actual red de carreteras 4. Puentes y viaductos

Algunas veces la carretera debe cruzar ríos o acantilados y para ello deben usarse puentes Sin embargo debe recordarse que: Hay que tratar de minimizar la luz del puente  Se van a necesitar trabajos de cimentación  La Posición y ancho del río es importante 

5. Red ferroviaria

Preferible colocar el camino sobre los rieles del tren y en secciones en corte. 

Fuente: Propia



Factores de ubicación de rutas en zona rural

Además hay otros factores físicos como: Zonas con material orgánico o de mala calidad para la construcción de la vía  Napas freáticas muy cercanas a la superficie  Número y dirección de los cursos de agua  Acumulación de nieve en la carretera. Efecto en la armonía del paisaje  Paso de la carretera por zonas destinadas a la agricultura o sobre zonas protegidas (arqueológicas)  Características geológicas de la zona  Clima de la región  Evitar en lo posible la expropiación de terrenos. 

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



Zona de taludes inestables debido a presencia de material orgánico y abundante presencia de agua. Requerirá drenaje . Fuente: Quintana y Altez



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

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



Napa Freática muy alta, que podría afectar la estabilidad y resistencia del terraplén o pavimento de la vía. Zona con abundante material orgánico y presencia de agua.




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




Chequeo de la geología existente Se aprecian las formaciones rocosas extensas en la margen derecha del río, lo que hace inviable la ruta , además se tienen pendientes transversales casi verticales de las paredes rocosas. Fuente: Quintana y Altez Mapa geológico



Chequeo de la geología existente

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



Condiciones climatológicas


Las condiciones climatológicas y la presencia de nieve y lluvias puede ser un factor esencial en el funcionamiento futuro de la carretera. Si en una zona hay muchas lluvias y el agua ingresa en las capas interiores de la calzada y luego se solidifica debido a las temperaturas bajo cero de la zona, el pavimento sufrirá serios daños debido a los esfuerzos generados.



Condiciones climatológicas Paso Internacional los Libertadores

Túnel con 3.08 Km de longitud Ubicado a 3500 m.s.n.m

Fuente: Propia



Actividades de las poblaciones y zonas agrícolas



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



Factores de ubicación de rutas en zona rural Los factores físicos mencionados anteriormente también se pueden clasificar en:

•Determinantes primarios (puntos de paso obligatorio) • Determinantes secundarios (Puntos de control (positivos y negativos ) • Factores geológicos, hidrológicos, climáticos, técnico - económico (movimiento de tierras) y sociales ( actividades de la población).



Ejemplos de determinantes secundarios positivos y negativos

d. primario poblado

Restos Arqueológicos DS+DSpantano

Parte más estrecha de Río DS+

Vía existente DS+

Zona Agrícola DS-

Abra DS+

Fuente: adaptado de José Céspedes

poblado

d. primario



Información requerida para la ubicación de rutas • El propósito del reconocimiento de rutas es determinar cual de las rutas planteadas es la mejor. Esto se determina a través de una comparación de las caracter ísticas f ísicas de cada una de las posibles rutas y los costos de construcción, uso y mantenimiento que originan. • Permite indicar en que ruta se debe realizar los estudios definitivos de ingeniería • Permite establecer el efecto posible de la carretera en el desarrollo económico de la región. • Indica los posibles efectos negativos en el paisaje natural y medio ambiente.



Información requerida para el reconocimiento de rutas Las fuentes de información comunes son: planos de la región, fotografías, recorridos de la zona de proyecto y estudios ya existentes Fuentes en el Perú

• Instituto Geográfico Nacional • Fuerza Aérea del Perú: Dirección de Servicio Aerofotográfico Nacional (SAN) • Ministerio de Transportes y Comunicaciones • Ministerio de defensa Para estudios de carreteras se pueden usar los siguientes mapas: • Mapa del Perú a escala 1/1000 000 redactado en base a la carta nacional y otros levantamientos evaluados por el IGN.



Información requerida para el reconocimiento de rutas Para estudios de carreteras se pueden usar los siguientes mapas: •Planos de Curvas de Nivel del IGN a una Escala adecuada dependiendo de las dimensiones del proyecto. • Fotografías aéreas a diferentes escalas a cargo del SAN. Los estudios básicos de ruta se realizan generalmente sobre una carta, o sobre fotografías aéreas donde se señalan los determinantes primarios, secundarios, y se podrá marcar información de las poblaciones, zonas de producción, Intensidad de lluvias, tipos de terrenos, formaciones geológicas etc.



Información requerida para el reconocimiento de rutas

Información Preliminar •Cartas nacionales •Planos existentes •Determinar los puntos de control primario •Determinar los puntos de control secundario

Fuente: IGN



Información requerida para el reconocimiento de rutas Trazo de ruta sobre plano de curvas de nivel

Información Preliminar

•Cartas nacionales (1:25000) •Planos existentes (1:5000)zonas urbanas





•Fotografías aéreas





•Fotografías aéreas

Fuente: Propia



Información requerida para el reconocimiento de rutas Fuente: Propia




Fuente: Propia



Reconocimiento de rutas por tierra Instrumentos básicos para el reconocimiento • Eclímetro • brújula • Podómetro • Altímetro (Aneroide compensado para las temperaturas) • Reloj • Prismáticos • Cámara fotográfica • Cinta métrica ( 30m mínimo) • GPS (podrá reemplazar a alguno de los anteriores • Libreta de campo, y demás útiles de escritorio Se evalúan todos los factores físicos (DS), y condiciones de desarrollo que estén involucrados con las alternativas.



Trazo de rutas sobre un plano de curvas de nivel



Tipos de Alineamientos 1. 2. 3.

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

Fuente: Adaptado de José Céspedes



Fuente: Propia



Fuente: Propia



Trazado de rutas Método de la pendiente constante o línea de gradiente

Pendiente de una línea en el plano

P% = Dv x 100 Dh

La línea AB trazada tiene una pendiente determinada. Si se expresa en tanto por ciento, se obtiene como: Fuente: propia

B

B

A

Dv

A Dh

Dv : diferencia de cotas entre A y B Dh : distancia horizontal entre A y B



Los tramos en tangente en una carretera tienen valores de pendiente que dependen de : la velocidad directriz, la orografía y la demanda. Los valores máximos varían según las condiciones, pudiendo ser por ejemplo 5%, 6%, 7%. El valor mínimo por drenaje sugerido en zona de corte es 0.5%. Se acostumbra trabajar con un valor de pendiente menor al máximo para establecer la línea de gradiente que servirá para determinar los posibles ejes de la carretera. En zonas montañosas el trazo debe acomodarse de tal forma de evitar los movimientos de tierra excesivos. Lo común es el faldeo de las áreas elevadas.



fuente: Manual de diseño geométrico para carreteras DG – 2001

Tabla 403.01 Pendientes Máximas



Ejemplo de línea de gradiente Supongamos que la pendiente máxima permitida es de 7% (según manual de MTC), y tenemos un plano de curvas de nivel (1/5000) con curvas espaciadas cada 5 metros (cotas) Línea de gradiente: está formada por la unión de puntos trazados sobre las curvas de nivel manteniendo una pendiente constante

110 105 100

Línea de gradiente

Abertura del compás: 100 m

Fuente: propia

5m 100 (a escala 1/5000) P= 5%



Trazo del eje valiéndose de la línea de gradiente constante

(1) Línea de gradiente

(3) Trazo definitivo

(2) Tramos tangente



El alineamiento que se ciña más a la l a línea de gradiente tendrá un mayor recorrido, disminuirá la pendiente, el trazo será más sinuoso, tendrá curvas de menor radio y el movimiento de tierras será ser á menor Pero debe haber un equilibrio entre la características técnicas y el costo de la obra. En proyectos importantes suelen necesitarse estudios geológicos y geotécnicos para determinar las alturas máximas y la inclinación de los taludes en corte. Cuando los estudios lo determinan es necesario recurrir a muros de contención, concreto lanzado y escalonamiento de Taludes. La estabilidad de los taludes también es determinante por que si no son estables los costos de mantenimiento son elevados



Ejemplo de alineamiento en terreno plano

Fuente: Quintana y Altez Fuente: Quintana y Altez

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



Ejemplo de alineamiento en terreno montañoso • Es común el método de faldeo

• Fuertes movimientos de tierras

• Bajas velocidades de diseño • Curvas cerradas • Constantes subidas y bajadas

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


Fuente: Ing. Carreteras-PUCP, 1998



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

Alineamiento horizontal Velocidad directriz

Alineamiento vertical

Secciones transversales •Demanda •Orografía Tipo de vía



Estimación de la demanda Fuente: Cal y Mayor, 2000

“ El objetivo del estudio de la circulación es deducir las relaciones existentes entre sus Características (cantidad de vehículos que circulan por unidad de tiempo y velocidad). La acertada predicción del volumen de demanda, composición, distribución y la evolución que esta variable puede experimentar a lo largo de la vida útil de diseño es indispensable para seleccionar la categorí a de la ví a. a.

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



Estimación de la demanda Volumen de tránsito “Es el número de vehículos que pasan por un punto o sección transversal, de un carril o de una calzada durante un período de tiempo determinado”

Características

Fuente: Área transporte-PUCP

Espaciales

Temporales

• Ocupan un lugar

• Consumen tiempo • Varían constantemente



Estimación de la demanda Volumen de tránsito

Q = N/T

Q: volumen de tránsito N: número de vehículos que pasan T: período determinado (tiempo)

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

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

Nota: no es necesario orden cronológico

Volúmenes de tránsito absolutos



Estimación de la demanda Tránsito promedio diario “Es el número total de vehículos que pasan durante un período dado (en días completos) igual o menor a un año y mayor que un día” .dependiendo

del período de recolección de datos puede ser:

• Tránsito promedio diario anual (TPDA) o IMDA TPDA = TA/365

• Tránsito promedio diario mensual (TPDM) TPDM = TM/30

• Tránsito promedio diario Semanal (TPDS) TPDS = TS/7



Estimación de la demanda

• Volumen horario máximo anual (VHMA) Es la hora de mayor volumen de las 8760 horas del año

• Volumen horario de máxima demanda (VHMD) Es el máximo número de vehículos que pasan por un punto o sección de un carril durante 60 minutos consecutivos

• Volumen horario de proyecto (VHD) Es el volumen de tránsito horario que servirá para determinar las características geométricas de las vías.



TPDA

El valor del TPDA es un valor medio, que es usado en el análisis del tráfico que circula. Pero es un valor medio que no representa muchas veces las fluctuaciones del tráfico en el día, siendo superado muchas veces. En caminos donde el tránsito es importante y presenta muchas variaciones, no es el TPDA el que determina las características que deben otorgarse al proyecto para prevenir problemas de congestión y ofrecer al usuario condiciones de servicio aceptables. En estos casos el Volumen horario de diseño es usado.



Velocidad

80 km/h 75 km/h

Los vehículos viajan a diferente velocidad y generalmente no mantienen una velocidad constante.

60 km/h

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



Velocidad instantánea

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

Fuente: I.Cabrera

Velocidad de recorrido

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



Velocidad media de recorrido

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

Conocida como velocidad de crucero; es resultado de dividir la distancia recorrida entre el tiempo durante el cual el vehículo estuvo en movimiento. Es mayor a la velocidad de recorrido. Velocidad media de marcha

Se define como la razón entre la distancia total recorrida entre el tiempo total de marcha de los vehículos Cuando no se disponga de un estudio de velocidad de marcha, se tomarán como valores teóricos los comprendidos entre el 85% y 95% de la velocidad de diseño.



Diferencia de Velocidad de Recorrido y Velocidad de Marcha:

Su diferencia es que la Velocidad de Recorrido toma todas aquellas demoras operacionales por reducciones de velocidad y paradas en la vías, el tránsito y los dispositivos de control, ajenos a la voluntada del conductor; Y la Velocidad de Marcha se descontará del tiempo total de recorrido, todo aquel tiempo que el vehículo se hubiese detenido, por cualquier causa.. Por lo tanto esta velocidad será de valor superior a la de recorrido.

Fuente: Manual de diseño Geométrico DG-2001



Velocidad Velocidad de proyecto, diseño o velocidad directriz. Es la máxima velocidad a la cual pueden circular los vehículos con seguridad sobre una vía cuando las condiciones atmosféricas y del tránsito son favorables y las características geométricas del proyecto gobiernan la circulación

Depende de:

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

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



Diseño Geométrico del Camino Alineamiento Horizontal

Curva circular

Curva circular tangente Fuente: José Céspedes

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



Diseño Geométrico del Camino

Fuente: AASHTO

Fuente: AASHTO


Componentes

Tangente Curva de transición Curva circular



Diseño Geométrico del Camino Alineamiento Horizontal Tramos en tangente

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



Diseño Geométrico del Camino Alineamiento Horizontal Tramos en tangente

• Se busca eliminar problemas relacionados con el cansancio, deslumbramiento y exceso de velocidad Lmin.S (m)= 1.39 Vd Lmin.O (m) = 2.78 Vd Lmáx (m) = 16.70 Vd “Vd” en km /h Fuente: Quintana y Altez



Diseño Geométrico del Camino

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



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

Dp = d1 + d2

Objeto Estacionario

0.15 m Fuente: propia

d1 d2 La distancia de visibilidad de parada se calcula en dos partes: teniendo en cuenta la reacción del conductor y un proceso de deceleración constante hasta detenerse



Vehículo viajando, cerca o la velocidad de diseño

Objeto Estacionario

Dp = d1 + d2

0.15 m

d1 d1: distancia percepción-reacción d1 depende de:

-La reacción natural (edad) -Visibilidad (clima) -Características del objeto estacionario

d2

Fuente: propia

d2 : es la distancia de frenado, resultado de un proceso de desaceleración constante



Vehículo viajando, cerca o la velocidad de diseño

Objeto Estacionario

Dp = d1 + d2

0.15 m

d1

d2

d1: distancia percepción-reacción

Fuente: propia

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



Distancia de Visibilidad de Parada Movimiento con deceleración constante F = f*N (fricción longitudinal entre las llantas y el pavimento)

N

∑Fx = 0

mg

F

∑Fy = 0

N = F = f*N -F = ma a = -fg

Vf 2 = V2 + 2ad 0 = V2 – 2 (fg)d d = V2 2gf

Efecto de la pendiente en la Dp Dp = Vt +

V2 2g (f ±G)

t: tiempo de percepción-reacción f: coeficiente de fricción longitudinal G: pendiente

En una pendiente ascendente el vehículo necesitará una menor “Dp” en comparación con una pendiente descendente



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

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



Figur a 402.05

La distancia de parada “Dp” se ve afectada de acuerdo a si la pendiente es positiva o negativa



Distancia de Visibilidad de paso Es la distancia mínima necesaria para que un vehículo pueda adelantar a otro sin tener problemas con un tercer vehículo que viaja en sentido contrario. Se analiza en calzadas compuestas por dos carriles. (3) (2)

(1)

d1

d2

d4

d3 Fuente: propia

• Proceso asumido en 2 etapas incluyendo las distancias

(d1, d2, d3, d4) • Los vehículos analizados principalmente son los vehículos que viajan en sentido contrario



Distancia de visibilidad de paso (3) (2)

(1)

d1

d2

d3

Primera etapa

Vehiculo 1 recorre d1 Vehiculo 2 recorre una distancia < d2

Fuente: propia

d4



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

Se ha estimado que el tiempo necesario para conseguir esta distancia Varía de 3.7 a 4.3 s y que la aceleración varía de 2.27 a 2.37 m/s 2 La expresión que permite calcular la distancia d1 es: Donde: t: tiempo de la maniobra inicial (s) a: aceleración promedio (km/h/s) v: Velocidad promedio del vehículo

(km/h) m: diferencia de velocidad entre el

d1 = 0.278t (v – m + at ) 2



Primera etapa

Segunda etapa

1/3 d2

2/3 d2 Fuente: propia

d3

d4



Distancia de visibilidad de paso d2: distancia recorrida por el vehículo que sobrepasa mientras ocupa el carril izquierdo

Se ha encontrado que el tiempo promedio que un vehículo ocupa el carril izquierdo varía de 9.3 a 10.4 s. El vehículo que adelanta tiene en promedio una velocidad de 15 km/ h mayor a la del vehículo sobrepasado Donde: t: tiempo que el vehículo ocupa carril izquierdo (s) v: Velocidad promedio del vehículo (km/h)

d2 = 0.278 v t



Distancia de visibilidad de paso d3: distancia entre el vehículo que sobrepasa al final de su maniobra y el vehículo que viaja en sentido contrario. Se ha encontrado (AASHTO) que la distancia d3 varía de 30 a 90 m según la velocidad d4: Distancia recorrida por el Vehículo que viaja en sentido contrario Se asume que el vehículo que adelanta y el que viaja en sentido contrario tienen la misma velocidad Finalmente

d4 = 2/3 d2



Distancia de visibilidad de paso Efecto de la pendiente en la distancia de paso Pendiente (%) +

- Se necesitaría mayor distancia para sobrepasar - La aceleración sería menor - Se necesitarian mayores tiempos - El vehículo en el carril contrario podría tener mayor velocidad - Los vehículos sobrepasados son camiones usualmente



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

Pendiente (%) -

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



Distancia de visibilidad de paso

Figur a 402.06

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



Distancia de visibilidad de paso

• Cuando no existen impedimentos impuestos por el terreno y que se reflejan por lo tanto en el costo de construcción, la visibilidad de paso debe asegurarse para el mayor desarrollo posible del proyecto.

• Los sectores con Visibilidad Adecuada para adelantar deberán distribuirse lo más homogéneamente posible a lo largo del trazado • Se deberá evitar que se tengan sectores sin visibilidad de adelantamiento en longitudes superiores a las de la Tabla 205.01, según la categoría de la carretera.



Distancia de visibilidad de paso Tabla 205.01

Longitud máxima sin visibilidad de adelantamiento en sectores conflictivos Categoría de la Vía

Longitud (m)

Autopistas y Multi-carril

1500

1ra Clase

2000

2da clase

2500

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

Diseño Geométrico de Carreteras - Clases UPC 01

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