diseño geometrico

Transición del peralte

Sección transversal en tangente

+b% -b%

Bombeo con dos pendientes

Sección transversal en curva circular

-p%

peralte

Para cambiar de la sección con bombeo a la sección con peralte se requiere una

longitud mínima para efectuar este cambio, a esa distancia se le suele llamar

longitud mínima de transición del peralte

Para no confundir esto con la longitud de la curva de transición le llamaremos

espiral o clotoide a la curva que conecta un tramo tangente con la curva circular, o

a dos curvas circulares.


Las longitudes de transición deben permitir al conductor percibir

visualmente la inflexión del trazado que deberá recorrer y, además,

permitirle girar el volante con suavidad y seguridad.

La transición del peralte deberá llevarse a cabo combinando las tres

condiciones siguientes:

•Características dinámicas aceptables para el vehículo

•Rápida evacuación de las aguas de la calzada.

•Sensación estética agradable.


La variación del peralte requiere una longitud mínima, de forma que nose supere un determinado valor máximo de la inclinación que cualquier

borde de la calzada tenga con relación a la del eje del giro del peralte.

ipmáx = 1.8 - 0.01V

ipmáx : máxima inclinación de cualquier borde de la calzada respecto al

eje de la misma (%).

V : Velocidad de diseño (Kph).

El eje de giro puede ser

• centro de la calzada

• borde interior de la calzada

• borde exterior de la calzada

El cambio de bombeo a peralte

con eje de giro al centro de la

calzada se realiza en tres etapas

Transicion

eje

del peralte- eje de giro centro de la calzada

ipmáx = 1.8 - 0.01VDiagrama de

alturas de los

BEα bordes con

respecto al eje

BI de la calzadaL1

tangente TE

Transicion del peralte- eje de giro centro de la calzadaPrimera etapa (inicio en tangente y finaliza en la clotoide)

0%

BE

+b%

-b%

-b%

Inicio de clotoide

BI El borde exterior gira

alrededor del eje y seL1

BE 2B BI eleva una altura

h = B x (pf- pi)Bombeo con dos pendientes

Tramo tangente

ejeB (pf-pi)

donde

b = pi

0 = pf

BEα

BI L1

Diagrama de

alturas de los

bordes conrespecto al eje

de la calzada

tangente TE

Del grafico anterior la distancia L1 puede obtenerse:

B (0 - pi) = ip max = tan α*100 B (0 - pi) = L1 min

L1 min ip max

Segunda etapa (inicia y finaliza dentro de la clotoide)

BE

0%

BE

+b%

BE

-b%

-b%

BI-b%

BI

BI

L2

L1

El borde exterior gira

alrededor del eje y se eleva

una altura h = B x (pf - pi)

pf = -b

pi= 0

2B

En similar forma a la primera etapa, L2 puede ser calculada como:

B (pf - pi) = ip max

L2 minB (-b -0) = L2 min

ip max

Tercera etapa (finaliza en inicio de curva circular)

BE

BE

0%

BE

+b%

-p%

-b%

-b%

BI-b%

BI

L3BI

L2

L1

El cambio del peralte

de -b%a -p% se termina

de hacer en la curva de

transición si la hubiera

BE BI2B


Similarmente a las etapas anteriores, la distancia L3 min será:

B (pf - pi) = ip max

L3 minB (pf+ b) = L3 min

ip max

Entonces la longitud mínima de transición del peralte será:

L mínima = L1 + L2 + L3

B (0 - pi)

ip max+ B (-b - 0)

ip max+ B (pf + b)

ip max

= B (pf-ip max

pi) = Lmin

Transicion del peralte

Longitud minima de transicion del peralte

p - pfL

Siendo:

min=

ip

i

máx

B Longitud total para realizarel cambio de bombeo a peralte

Lmín : Longitud mínima del tramo de transición del peralte (m).

pf : peralte final con su signo (%)

pi : peralte inicial con su signo (%)

B : distancia del borde de la calzada al eje de giro del peralte (m).

Gráfico de cambio de bombeo a peralte

Bombeo con dos pendientes en calzada única

BEBE

+b%

BE2B

-b% BE

BI

Eje de giro

0%

-b%

BI2B 2B

-b% -p%

BI 2B BI

BE

Bb

L1 (20m máx.) L2 (20m máx.) L3 BI

tangente clotoide

Ejemplo

Se tiene una curva Horizontal Diseñada para una velocidad de 60 Km/h,

el bombeo de la calzada es de 2% y peralte máximo diseñado es de 6%. Si

se sabe que el radio mínimo de la curva es de 135m se pide: Determinar

la longitud minima de la espiral de transición. Considerar que el ancho

del carril es de 3.5m

Diseño considerando la transición de peralte a bombeo

Lmin

(Pf=

- P)iB

Donde:

Pf = -6%ipmax

Lmin = 23.33 m

Pi = 2%

B = 3.5 m

V = 60 Km/h

ipmax = 1.8 - 0.01V = 1.2%

Ejemplo

Diseño considerando la aceleración de la fuerza Centrifuga

Amin

VR=

46.656J

2V

R- 1.27p A = 81.30m

min

Lmin=

2Amin /RDonde:

V = 60Km/hR = 135 m

Lmin = 48.96 m = 50 mP = 6%

J = 0.5 (Obtenido de la tabla 402.06)

((

Ejemplo

Diseño considerando el criterio estetico

Del anterior calculo se evalúa el parámetro

R/3 < Amin < R

45m < 81.30m < 135m Cumple con el criterio Estético guiado visual

Además de acuerdo a la Norma Lmin = 30 m

Lmin = 48.96 m = 50 m (De todos los criterios evaluados, se adopta en el

diseño la mayor longitud calculada )

Alineamiento Vertical

Curva

horizontal

Curva

vertical

Alineamiento Vertical

El alineamiento vertical de una carretera es la proyección del eje espacial de la vía

sobre una superficie vertical paralela al mismo. Al eje también se le denomina

rasante.

El eje del alineamiento vertical está formado por una serie de tramos rectos o

tangentes conectados por curvas parabólicas.

El diseño de curvas verticales se hace pensando en 4 criterios:

seguridad, comodidad operación y drenaje.

Tangentes Verticales

Las tangentes se caracterizan por su longitud y pendiente. Para propósitos de

diseño estas pendientes están limitadas por condiciones de drenaje y el

funcionamiento de los camiones.

Para fines de proyecto, el sentido de las pendientes se define según el avance delkilometraje, siendo positivas aquéllas que implican un aumento de cota y negativas

las que producen una pérdida de cota

Pendientes

Pendientes Mínimas

• En los tramos en corte generalmente se evitará el empleo de pendientes

menores de 0,5%.

• Podrá hacerse uso de rasantes horizontales en los casos en que las cunetas

adyacentes puedan ser dotadas de la pendiente necesaria para garantizar el

drenaje y la calzada cuente con un bombeo superior a 2%.

Pendientes Máximas

Las pendientes máximas se emplearán cuando sea conveniente desde el punto

de vista económico con el fin de salvar ciertos obstáculos en tramos cortos,

de tal forma que no se conviertan en longitudes críticas

Para hallar las pendientes máximas ver la tabla 403.01.

En zonas superiores a los 3000 msnm, los valores máximos de la tabla

403.01, se reducirán en 1% para terrenos montañosos o escarpados.

Alineamiento Vertical - Perfil longitudinal

Fuente: J reyes

Pendientes Máximas

Longitud crítica de una pendiente

Se define como la máxima longitud en subida sobre la cual un camión cargado

Puede operar sin ver reducida su velocidad por debajo de un valor prefijado.

Usualmente se considera que la longitud crítica es aquella que ocasiona una

reducción de 25 km/h en la velocidad de operación de los vehículos pesados

(Cardenas, 2002)

La figura 403.04a muestra la caída de velocidad para un camión tipo semitrailer o

con acoplado, cargado, cuya relación peso/potencia sea del orden de 150 Kg/Hp

Neto.

Si la longitud y magnitud de una pendiente inevitable produce descensos

superiores a los 25 KPH, se realizará un análisis técnico económico a fin de

establecer la factibilidad de proyectar carriles de ascenso.

Carriles de ascensoNecesidad del Carril

• En carreteras de calzada única se dispondrán carriles adicionales por la

derecha de la calzada (carriles para circulación lenta).

• Los carriles adicionales tendrán el mismo ancho que los que constituyen la

calzada. Se omitirá proyectar el carril con longitud menor de 250 m.

Antes de los carriles adicionales para circulación lenta o rápida se dispondrá una

cuña de transición con una longitud mínima de setenta metros (70 m).

El carril adicional para circulación lenta se prolongará hasta que el vehículo lento

alcance el ochenta y cinco por ciento (85%) de la velocidad de diseño, sin que

dicho porcentaje pueda sobrepasar los ochenta Kilómetros por hora (80 Km/h).

Carriles de ascenso - Necesidad del Carril

A la prolongación anterior se añadirá una cuña de transición con un valor mínimode cien metros (100 m). El final de un carril adicional para circulación lenta no podrá

coincidir con la existencia de prohibición de adelantar (carencia de visibilidad de

adelantamiento).

Tramos en descanso

En el caso de ascenso continuo y cuando la pendiente sea mayor del 5% se proyectará,

más o menos cada tres kilómetros, un tramo de descanso de una longitud no menor de

500 m., con pendiente no mayor de 2%.

Fuente: propia

Necesidad de Curvas Verticales

Los tramos consecutivos de rasante, serán enlazados con curvas

verticales parabólicas cuando la diferencia algebraica de sus

pendientes sea de 1%, para carreteras con pavimento de tipo

superior y de 2% para las demás.

Proyecto de las Curvas Verticales

Las curvas verticales serán proyectadas de modo que permitan,

cuando menos, la distancia de visibilidad mínima de parada.

Tipos de curvas verticales simétricas

convexas

cóncavas

Fuente: AASHTO

Longitud mínima de Curvas Convexas

La longitud mínima de las curvas convexas debe asegurar por lo menos que unconductor pueda detener el vehículo que maneja al observar un objeto estacionario

ubicado delante de su trayectoria.

Inadecuada distancia Dp Camión después de curva

vertical

Curvas Convexas: De acuerdo a la relación entre la longitud de la curva y

la distancia de parada hay dos posibles situaciones

Caso 1

Dp < LDp: Es la proyección Horizontal de la Visual que une h1 y h2

2Lmín = A Dp

200 (√ h1+ √h2)𝟐 Para Dp < L

Distancias de Visibilidad

L: Longitud de la curva vertical

Dp: Distancia de visibilidad de parada (S en el gráfico)

A: Diferencia algebraica de pendientes (en %)

h1: Altura del ojo sobre la rasante

h2: Altura del objeto sobre la rasante

En el Perú se han adoptado los valores de h1= 1.07 m para la altura del

ojo sobre la rasante y h2 = 0.15 m para la altura del objeto sobre la rasante

Caso 2

Dp > L

Lmín = 2 Dp - 200 (√ h1 + √h2)𝟐 Para Dp > L

A

Cuando la diferencia algebraica de pendientes (A) es muy pequeña, la longitud

requerida sería cero o saldría negativa al usar la fórmula por que la línea de visual

pasaría sobre el punto más alto de la curva. En estos casos, para diferencias pequeñas

de pendientes, por condiciones prácticas se adoptó un valor mínimo igual a V

(ver figura 403.02)

Figura: 403.01

Fuente: Manual de diseño Geométrico para carreterasDG-2001

Longitud mínima

de curvas verticales

convexas con DP

(Fuente: libro de la

AASHTO)

Fuente: Manual de diseño Geométrico DG-2001

Longitud mínima

de curvas verticales

cóncavas con DP

(Fuente: libro de la

AASHTO)

Secciones transversales


La sección transversal de una

carretera es un corte vertical

normal al alineamiento horizontal,

el cual permite definir la

disposición y dimensiones de los

elementos que forman la carretera

en el punto correspondiente a cada

sección y su relación con el terreno

natural.

Corte vertical

Fuente: Adaptado de Mannering

Y Kilareski


Tramo tangente


Tramo curvo

ElementosSecciones transversales

Los elementos que integran y definen la sección transversal son:

• Derecho de vía

• Calzada ó superficie de rodadura

• Bermas

• Carriles

• Cunetas

• Taludes

• Elementos complementarios

Derecho de vía o faja de dominio

Es la faja de terreno destinada a la construcción, mantenimiento, futuras

ampliaciones de la vía, si la demanda de tránsito así lo exige, servicios de

seguridad, servicios auxiliares y desarrollo paisajístico.

Fuente: adaptado de Manual de diseño Geométrico DG-2001

Zona de propiedad restringida

A cada lado del Derecho de Vía habrá una faja de Propiedad Restringida. La

restricción se refiere a la prohibición de ejecutar construcciones permanentes

que afecten la seguridad o visibilidad, y que dificulten ensanches futuros. El

ancho de esa zona se muestra en la tabla 303.04.


Calzada

Es el elemento destinado al paso de los vehículos. Sus

dimensiones deberán ser tales que permitan mantener un nivel

de servicio adecuado, para la intensidad de tráfico previsible.

Ancho de Tramos en Tangente

En la tabla 304.01, se indica los valores apropiados del ancho

del pavimento para cada velocidad directriz con relación a la

importancia de la carretera.

El ancho de la calzada en tangente se determinará con base en el

nivel de servicio deseado al finalizar el período de diseño o en

un determinado año de la vida de la carretera.

Ancho de calzada


Bermas

Son las zonas que permiten a los vehículos apartarse momentáneamente de la

calzada en caso de avería o emergencia.

Bermas ocupadas por grandes Publicidad muy cercana

bloques de piedra a las bermas

Bermas

Ancho de las bermas

En la tabla 304.02, se indican los valores apropiados del ancho

de las bermas. El dimensionamiento entre los valores indicados,

para cada velocidad directriz se hará teniendo en cuenta los

volúmenes de tráfico y el costo de construcción.

Ancho de bermas

Bombeos

Elemento para el drenaje del pavimento.

En tramos rectos o en aquéllos cuyo radio de curvatura permite el

contraperalte las calzadas deberán tener, con el propósito de evacuar las

aguas superficiales, una inclinación transversal mínima o bombeo, que

depende del tipo de superficie de rodadura y de los niveles de precipitación

de la zona.

La tabla 304.03 especifica estos valores indicando en algunos casos unrango dentro del cual el proyectista deberá moverse, afinando su elección

según los matices de la rugosidad de las superficies y de los climas

imperantes.

Bombeo

Taludes

Los taludes para las secciones en corte variarán de acuerdo a la estabilidad

de los terrenos en que están practicados; la altura admisible del talud y su

inclinación se determinarán en lo posible, por medio de ensayos y cálculos,

aún aproximados.

La inclinación de los taludes del corte variarán a lo largo de la obra según

sea la calidad y estratificación de los suelos encontrados.

Taludes en corte

Taludes para Terraplenes

Las inclinaciones de los taludes para terraplenes variarán en función de

las características del material con el cual está formado el terraplén,

siendo de un modo referencial los que se muestran en la Tabla 304.11.

Las normas internacionales exigen barreras de seguridad para taludes con

esta inclinación, puesto que consideran que la salida de un vehículo desde

la plataforma no puede ser controlada por su conductor si la pendiente es

más fuerte que el 1:4.

Cuando se tiene dicho 1:4, la barrera de seguridad se utiliza a partir de los

4,0 m, de altura. El proyectista deberá decidir, mediante un estudio

económico, si en algunos tramos con terraplenes de altura inferior a 4,0 m,

conviene tender los taludes hasta el mencionado valor, ahorrándose así la

barrera, o mantener el 1:1.5, con dicho elemento de protección.

Taludes para terraplenes

Tipos de Deslizamientos Rotacionales

A partir de observaciones: En general se toma superficie de falla

circular

Material mas resistente

Falla Profunda o de Base Falla de Pie

Falla de Local

Formación de la superficie de falla y falla progresiva

Estabilidad al Deslizamiento Superficial

• Superficie de falla plana y paralela al talud

• Masa que desliza de pequeño espesor

• Tensiones en caras verticales iguales y

Equilibrio de fuerzas

a

i dWopuestas

T W seni ;

N tan

N W cosi ;W

W cos i tan

da d T

N

FSW sen i

tan

W sen i

FS itan i

máx

ESTABILIDAD DE TALUDES

FALLA PLANA

DOVELAS DE JAMBU

DIACLASAS

BUZAMIENTO

F.S. > 1.20

Cuadro de Resumen de Secciones Transversales

Cunetas

Son zanjas abiertas en el terreno, revestidas a fin de proteger la

estructura del pavimento, que recogen y canalizan

longitudinalmente las aguas superficiales y de infiltración para

flujos no permanentes.

Longitudinalmente, el fondo de la cuneta deberá ser continuo, sin

puntos bajos.

Las pendientes longitudinales mínimas absolutas serán 0,12%,

debiéndose procurar inclinaciones mínimas mayores.

Cunetas

DISEÑO PLANIALTIMÉTRICO

SECCIONES TRANSVERSALES

4%2% 2% 4%

1V : 4H

1V : 1.5H (1V : 3H)

2.50m DETALLE UBICACIÓN DE BARANDA

200 – 250 %

3.00m1V : 4H

Perfil aplicado en las

progresivas 1930 - 1V : 1.5H2030

150 %

Sección Transversal Típica

Información de la sección transversal

diseño geometrico

Engineering