2011 AASHTO Libro Verde Traducción T1 LVT - C1C2C3

LIBRO VERDE AASHTO 2011 Política sobre DISEÑO GEOMÉTRICO de CAMINOS Y CALLES Free Online Document Translator DocTranslator beta! + Francisco Justo Sierra [email protected] + Alejandra Débora Fissore [email protected] Ingenieros Civiles – 2013 http://ingenieriadeseguridadvial.blogspot.com.ar/

T1: C1C2C3

COMPARACIÓN NORMAS AASHTO 2011 - DNV 2010 DIRECCIÓN NACIONAL DE VIALIDAD ACTUALIZACIÓN 2010 NORMAS Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO GEOMÉTRICO Y SEGURIDAD VIAL INTRUCCIONES GENERALES DE ESTUDIOS Y PROYECTOS A) OBRAS BÁSICAS INFORME FINAL ABRIL 2010 ESCUELA DE INGENIERÍA DE CAMINOS DE MONTAÑA – EICAM UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN http://ingenieriadeseguridadvial.blogspot.com.ar /#!/2012/11/normas-y-recomendaciones-dediseno_6.html MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA - NO-COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE GRADO Y POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

PRESENTACIÓN 

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En 1967, para redactar las Normas de Diseño Geométrico de Caminos Rurales de la Dirección Nacional de Vialidad de la República Argentina, su autor, Ing. Federico G. O. Rühle, se basó parcialmente en las Políticas de Diseño de los Libros Azules - AASHTO 1954 y 1965; particularmente referidas a los modelos matemáticos de distancias visuales, curvas horizontales y curvas verticales. La Actualización 1980 no innovó los elementos básicos de diseño geométrico (aunque según la Adenda 1971 del Libro Azul 1965, numerosos estudios de campo habían comprobado que la mayoría de los conductores no reducían la velocidad sobre calzada húmeda, como hasta entonces se suponía); agregó el tratamiento de elementos adicionales: intersecciones a nivel, distribuidores, dispositivos de control de tránsito, iluminación y drenaje, en gran parte sobre la base de publicaciones de AASHTO, tales como Libro Azul 1965, Libros Amarillos 1967/74, Guía de Barreras 1977. Actualmente, 2013, las normas vigentes de la DNV siguen siendo las de 67/80, con 46/33 años de antigüedad. Entre 1980 y 2009, AASHTO publicó: o Libro Verde: 1ª Ed. 1984, 2ª Ed. 1990, 3º Ed. 1994, 4ª Ed. 2001, y 5ª Ed. 2004. o Libro Amarillo: 3ª Ed. 1997. o Diseño Costados Camino: 1ª Ed. 1989, 2ª Ed. 1996, 3ª Ed. 2002 o Guías varias: Rotondas modernas, Áreas de Descanso, Ciclovías, Carriles para vehículos de alta ocupación, Diseño paisajista, Iluminación... Entre 1967 y 2009, en línea con otros organismos internacionales de Canadá, Europa y Australia, AASHTO coparticipó en la implantación varios hitos notables en elementos y criterios de Diseño geométrico relacionados con la Seguridad Vial: o Zona despejada (Stonex) – Costados indulgentes o Distancia visual de detención (AASHTO Adenda 1971) o Coherencia de diseño – Factores humanos – Criterios de seguridad o Normas y seguridad – Seguridad nominal – Seguridad sustantiva (Hauer) o Rotondas modernas - Fin de las grandes rotatorias (Reino Unido) o Flexibilidad de Diseño (IET) o Diseño Sensible al Contexto o Estética Vial (Dinamarca) o Administración densidad accesos privados (Iowa DOT) o Administración de la velocidad o Apaciguamiento del tránsito o Inspecciones y Auditorías de Seguridad Vial (Austroads) o Manual de Seguridad Vial (PIARC)... En 2010, después de dos años de tareas preparativas sobre el objetivo, alcance, términos de referencia, plan de trabajo, bibliografía básica, secuencia y contenido de informes preliminares, personal de equipos técnicos de redacción y supervisión, y tareas administrativas; y de un año de redacción, se completó, aprobó y pagó el Informe Final de la Actualización 2010, A10, Normas y Recomendaciones de Diseño Geométrico y Seguridad Vial e Instrucciones Generales de Estudios y Proyectos, A) Obras Básicas, de acuerdo con los términos del contrato entre la Dirección Nacional de Vialidad DNV y la Escuela de Ingeniería de Caminos de Montaña EICAM de la Universidad Nacional de San Juan.

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Más que de investigaciones propias, la A10 resultó de una profunda lectura y revisión de publicaciones de organismos viales de países líderes en diseño y seguridad vial, y de una pretendidamente ecléctica selección de los más importantes hallazgos habidos en la especialidad durante los últimos 50 años, desde las experiencias y hallazgos de Ken Stonex en el Campo de Pruebas de la General Motors, pasando por los Libros Verdes y Amarillos de AASHTO, e informes técnicos de todos los continentes, que se compararon con la norma DNV 67/80. AASHTO no fue la única fuente de la DNV 67/80 y A10, pero sí la principal; otras relevantes fueron de Canadá, Europa, Australia y Sudáfrica. En relación con los profundos, inesperados y controvertidos cambios conceptuales introducidos por AASHTO a partir del Libro Verde 2001 (NCHRP Report 400) sobre los componentes de los modelos matemáticos de cálculo y diseño de la Distancia visual de detención y Longitudes mínimas de las curvas verticales convexas, la A10 no los adoptó y mantiene el modelo de DNV 67/80, con valores de variable y coeficientes actualizados. Para peraltar las curvas horizontales, en la A10 se adoptó el Método 3 de la DNV 67/80 (= Método 4 AASHTO) equivalente al Método 4 adoptado en la DNV 67/80, pero SIN la indefinida variación gradual entre Rmín y un indeterminado radio R3. (Ver Anexo 5)

PROPÓSITO 

Terminada y aprobada la A10, en 2011 AASHTO publicó la Ed. 6ª del Libro Verde, para cuya previa promoción se anunciaron varias novedades. Para constatarlas, compararlas con, y eventualmente recomendar incorporarlas en la A10, se lo tradujo (sólo en el sistema métrico) y se lo comparó, primero en general con sus ediciones anteriores, y luego con la A10, respecto de los tratamientos dados a temas relevantes seleccionados. Por razonas prácticas se dividió la traducción en tres tomos.

CONTENIDO TOMO 1   

Novedades del Libro Verde 2011 respecto de ediciones anteriores Traducción Capítulos 1, 2 y 3 Libro Verde 2011 (material de estudio no-comercial) Anexos Anexo 1 – Novedades en los Capítulos 1, 2 y 3 Libro Verde 2011 Anexo 2 – Comparación Capítulos 1, 2 y 3 de Libro Verde 2011, y A10 Anexo 3 – Distancia visual de detención Anexo 4 – Curvas verticales convexas Anexo 5 – Distribución del peralte en las curvas horizontales



El LV11 se descarga desde el blog http://ingenieriadeseguridadvial.blogspot.com.ar/ en tres archivos (volúmenes): T1: LVT – C1C2C3 + Anexos Comparación LV11/A10 T2: LVT – C4C5C6C7C8 T3: LVT – C9C10

Todo el Informe Final de la A10 en pdf aprobado por la DNV puede consultarse de http://ingenieriadeseguridadvial.blogspot.com.ar/

Novedades del Libro Verde de AASHTO 6ª Edición 2011 ¿Qué cambió en el Libro Verde 2011? General        

 

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Formato: añade títulos numerados para el Capítulo, Sección y Subsecciones. Secuencia de contenido puesto en los capítulos. Fotos actualizadas con instalaciones modernas. Zona Despejada y desplazamiento lateral, términos aclarados Donde hay cordón, el desplazamiento lateral se mide desde la cara del cordón. Por lo general en instalaciones sin cordones y menos de 1.2 m de banquina, debería proveerse un desplazamiento lateral mínimo de 1.2 m. Carriles definidos para estacionamiento medidos hasta la cara del cordón, incluyendo el canal colector, si hay Estructuras: Especificaciones AASHTO para Diseño de Puentes por el Método LRFD (Load and Resistance Factor Design, Diseño por Factores de Carga y Resistencia) y las cargas vivas del vehículo de diseño HL-93 (Highway Loading, carga del camino) para la capacidad estructural de puentes nuevos o reconstruidos (HS 15. Highway Semi-Trailer) para puentes que permanecen en el lugar) Por lo general la altura libre para señalizar cerchas y pasos a desnivel para peatones y bicicletas, debería ser de 0.3 m mayor que el espacio libre de las otras estructuras Actualización de controles de diseño y longitud de las curvas verticales convexas, sobre la base de nuevas distancias visuales de adelantamiento, coherentes con las longitudes mínimas entre zonas de no adelantamiento del MUTCD Referencias añadidas para considerar criterios alternativos de las Directrices de para el Diseño Geométrico de Caminos Locales de muy bajo volumen de AASHTO (TMDA ≤ 400)

Comentarios A juicio de los traductores (componentes del equipo redactor EICAM a tiempo completo de la A10), las principales novedades son de presentación, por la incorporación de numerales para los títulos de las secciones y subsecciones, y la incorporación en el texto de temas que anteriormente eran referidos a otras publicaciones de AASHTO, en particular sobre Diseño de los costados de la calzada, Instalaciones para ciclistas, Libro Amarillo, Rotondas, Flexibilidad de Diseño, Caminos de TMD < 400, camino Tricarril 2+1, tal como se había hecho previamente en la A10.

i

TOMO 1 CAPÍTULO 1

FUNCIONES DEL CAMINO

1.1

SISTEMAS Y CLASIFICACIONES

1-1

1.2

CONCEPTO DE CLASIFICACIÓN FUNCIONAL 1.2.1 Jerarquías de movimientos y componentes 1.2.2 Relaciones funcionales 1.2.3 Necesidades de acceso y controles

1-1 1-1 1-4 1-5

1.3

CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DEL SISTEMA 1.3.1 Definiciones de zonas urbanas y rurales 1.3.2 Categorías funcionales 1.3.3 Sistemas funcionales de zonas rurales 1.3.4 Sistemas funcionales de zonas urbanas 1.3.5 Clasificación funcional como un tipo de diseño

1-6 1-6 1-7 1-7 1-9 1-11

1.4

REFERENCIAS

1-12

CAPÍTULO 2

CONTROLES Y CRITERIOS DE DISEÑO

2.1

VEHÍCULOS DE DISEÑO 2.1.1 Características generales 2.1.2 Trayectorias de giro mínimo de vehículos de diseño 2.1.3 Rendimiento del vehículo 2.1.4 Contaminación vehicular

2-1 2-1 2-3 2-19 2-20

2.2

DESEMPEÑO DEL CONDUCTOR Y FACTORES HUMANOS 2.2.1 Introducción 2.2.2 Conductores y peatones ancianos 2.2.3 Tarea de conducir 2.2.4 Tarea de orientación 2.2.5 Sistema de información 2.2.6 Manejo de la información 2.2.7 Error del conductor 2.2.8 Velocidad y diseño 2.2.9 Evaluación del diseño

2-21 2-21 2-21 2-22 2-22 2-23 2-24 2-26 2-29 2-30

2.3

CARACTERÍSTICAS DE TRÁNSITO 2.3.1 Consideraciones generales 2.3.2 Volumen 2.3.3 Distribución por sentidos 2.3.4 Composición del tránsito 2.3.5 Proyección de las futuras demandas de tránsito 2.3.6 Velocidad 2.3.7 Relaciones de flujo de tránsito

2-30 2-30 2-31 2-34 2-35 2-37 2-38 2-43

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ii 2.4

CAPACIDAD DEL CAMINO 2.4.1 Características generales 2.4.2 Aplicación 2.4.3 Capacidad como control de diseño 2.4.4 Otros factores que afectan la operación 2.4.5 Niveles de servicio 2.4.6 Tasas de flujos de servicio de diseño

2-45 2-45 2-45 2-46 2-49 2-52 2-53

2.5

CONTROL Y ADMINISTRACIÓN DE ACCESO 2.5.1 Condiciones generales 2.5.2 Principios básicos de la administración de accesos 2.5.3 Clasificaciones de acceso 2.5.4 Métodos de control de acceso 2.5.5 Beneficios del control de acceso

2-56 2-56 2-58 2-58 2-59 2-59

2.6

PEATONES 2.6.1 Consideraciones generales 2.6.2 Características generales 2.6.3 Velocidades de caminar 2.6.4 Nivel de servicio de vereda 2.6.5 Intersecciones 2.6.6 Reducción de conflictos peatón-vehículo 2.6.7 Características de personas con discapacidades

2-62 2-62 2-62 2-63 2-64 2-64 2-64 2-64

2.7

INSTALACIONES CICLISTAS

2-65

2.8

SEGURIDAD 2.8.1 Factores clave relacionados con los choques viales 2.8.2 Recursos clave de seguridad 2.8.3 Programas de mejoramiento de la seguridad 2.8.4 Desarrollo del proyecto

2-66 2-66 2-69 2-70 2-70

2.9

AMBIENTE

2-70

2.10

ANÁLISIS ECONÓMICO

2-70

2.11

REFERENCIAS

2-71

CAPÍTULO 3

ELEMENTOS DEL DISEÑO

3.1

INTRODUCCIÓN

3-1

3.2

DISTANCIA VISUAL 3.2.1 Consideraciones generales 3.2.2 Distancia visual de detención 3.2.3 Distancia visual de decisión 3.2.4 Distancia visual de adelantamiento caminos de dos carriles 3.2.5 Distancia visual de caminos multicarriles 3.2.6 Criterios para medir la distancia visual

3-1 3-1 3-2 3-7 3-9 3-13 3-14

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iii 3.3

ALINEAMIENTO HORIZONTAL 3.3.1 Consideraciones teóricas 3.3.2 Consideraciones generales 3.3.3 Consideraciones de diseño 3.3.4 Diseño caminos rurales, autopistas y calles de alta velocidad 3.3.5 Tablas de diseño del peralte 3.3.6 Diseño de calles urbanas de baja velocidad 3.3.7 Plataformas de giro 3.3.8 Controles de diseño de transiciones 3.3.9 Salida de trayectoria de las ruedas traseras 3.3.10 Sobreancho de calzada en curvas horizontales 3.3.11 Anchos de plataformas de giro en intersecciones 3.3.12 Distancia visual en curvas horizontales 3.3.13 Controles generales para el alineamiento horizontal

3-18 3-18 3-19 3-26 3-30 3-36 3-41 3-43 3-45 3-70 3-76 3-80 3-88 3-92

3.4

ALINEAMIENTO VERTICAL 3.4.1 Terreno 3.4.2 Pendientes 3.4.3 Carriles de ascenso 3.4.4 Aumento oportunidades adelantamiento caminos dos carriles 3.4.5 Ramas de escape de emergencia 3.4.6 Curvas verticales

3-94 3-94 3-95 3-104 3-111 3-120 3-130

3.5

COMBINACIONES DE ALINEAMIENTOS HORIZONTAL Y VERTICAL 3.5.1 Consideraciones generales 3.5.2 Controles generales de diseño 3.5.3 Coordinación de alineamientos

3-144 3-144 3-145 3-146

3.6

OTRAS CARACTERISTICAS QUE AFECTAN AL Dº Gº 3.6.1 Control de la erosión y desarrollo del paisaje 3.6.2 Zonas descanso, centros información y miradores escénicos 3.6.3 Iluminación 3.6.4 Servicios públicos 3.6.5 Dispositivos de control de tránsito 3.6.6 Planos de administración tránsito durante construcción

3-150 3-150 3-151 3-152 3-154 3-156 3-158

3.7

REFERENCIAS

3-161

ANEXO 1T1 – NOVEDADES EN CAPÍTULOS 1. 2 Y 3 DEL LV

A1T1-1

ANEXO 2T1 – COMPARACIÓN T1 LVT – C1C2C3 / A10

A2T1-1

ANEXO 3T1 – DISTANCIA VISUAL DE DETENCIÓN

A3T1-1

ANEXO 4T1 – CURVAS VERTICALES CONVEXAS

A4T1-1

ANEXO 5T1 – DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE EN CURVAS HORIZONTALESA5T1-1

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iv TOMO 2 CAPÍTULO 4

ELEMENTOS DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL

4.1

GENERAL

4-1

4.2

CALZADA 4.2.1 Tipo de superficie 4.2.2 Pendiente transversal 4.2.3 Resistencia al deslizamiento 4.2.4 Hidroplaneo

4-1 4-1 4-1 4-6 4-7

4.3

ANCHO DE LOS CARRILES

4-7

4.4

BANQUINAS 4.4.1 Características generales 4.4.2 Ancho de banquinas 4.4.3 Secciones transversales de banquina 4.4.4 Estabilidad de banquina 4.4.5 Contraste de banquina 4.4.6 Apartaderos

4-8 4-8 4-10 4-11 4-12 4-13 4-14

4.5

FRANJAS SONORAS

4-14

4.6

DISEÑO DE CAMINO 4.6.1 Zonas despejadas 4.6.2 Desplazamiento lateral

4-14 4-15 4-15

4.7

VEREDAS 4.7.1 Consideraciones generales 4.7.2 Configuración de cordones 4.7.3 Colocación de cordones

4-16 4-16 4-17 4-19

4.8

CANALES DE DRENAJE Y TALUDES 4.8.1 Consideraciones generales 4.8.2 Drenaje 4.8.3 Canales de drenaje 4.8.4 Taludes

4-20 4-20 4-20 4-22 4-24

4.9

EJEMPLOS DE SECCIONES TRANSVERSALES EXTERIORES 4.9.1 Secciones bombeo normal 4.9.2 Secciones peraltadas

4-27 4-27 4-28

4.10

BARRERAS DE TRÁNSITO 4.10.1 Consideraciones generales 4.10.2 Barreras longitudinales 4.10.3 Barandas de puente 4.10.4 Amortiguadores de impacto

4-29 4-29 4-30 4-33 4-33

4.11

MEDIANAS

4-34

4.12

CAMINOS DE ACCESO

4-36

4.13

SEPARACIONES EXTERIORES

4-40

4.14

CONTROL DE RUIDO 4.14.1 Consideraciones generales 4.14.2 Procedimientos generales de diseño 4.14.3 Diseños de reducción de ruido

4-41 4-41 4-42 4-43

4.15

CONTROL DE CAMINO 4.15.1 Consideraciones generales 4.15.2 Calzadas 4.15.3 Buzones 4.15.4 Alambrados

4-47 4-47 4-47 4-48 4-50

4.16

TÚNELES 4-50 4.16.1 Consideraciones generales 4-50 4.16.2 Tipos de túneles 4-51 MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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v 4.16.3 4.16.4 4.16.5

Consideraciones generales de diseño Secciones de túnel Ejemplos de túneles

4-51 4-52 4-55

4.17

INSTALACIONES PEATONALES 4.17.1 Veredas 4.17.2 Cruces peatonales de niveles separados 4.17.3 Rampas de cordón

4-56 4-56 4-57 4-61

4.18

INSTALACIONES CICLISTAS

4-66

4.19

DÁRSENAS DE ÓMNIBUS 4.19.1 Autopistas 4.19.2 Arteriales 4.19.3 Instalaciones estacione-ande

4-67 4-67 4-68 4-70

4.20

ESTACIONAMIENTO EN LA CALLE

4.21

REFERENCIAS

.

4-72 4-74

CAPÍTULO 5

CAMINOS Y CALLES LOCALES

5.1

INTRODUCCIÓN

5-1

5.2

CAMINOS LOCALES RURALES 5.2.1 Consideraciones generales de diseño 5.2.2 Elementos transversales 5.2.3 Estructuras 5.2.4 Diseño de costado calzada 5.2.5 Diseño de intersecciones 5.2.6 Pasos a nivel camino-ferrocarril 5.2.7 Dispositivos de control de tránsito 5.2.8 Drenaje 5.2.9 Control de erosión y paisajismo

5-2 5-2 5-5 5-7 5-8 5-9 5-10 5-10 5-10 5-10

5.3

CALLES LOCALES URBANAS 5.3.1 Consideraciones generales de diseño 5.3.2 Elementos transversales 5.3.3 Estructuras 5.3.4 Diseño de costado calzada 5.3.5 Diseño de intersecciones 5.3.6 Pasos a nivel camino-ferrocarril 5.3.7 Dispositivos de control de tránsito 5.3.8 Iluminación vial 5.3.9 Drenaje 5.3.10 Control de erosión 5.3.11 Paisajismo

5-11 5-11 5-13 5-19 5-20 5-20 5-21 5-22 5-22 5-22 5-23 5-23

5.4

CAMINOS DE PROPÓSITO ESPECIAL 5.4.1 Introducción 5.4.2 Caminos de ocio y esparcimiento 5.4.3 Caminos de recuperación de recursos

5-23 5-23 5-24 5-33

5.5

CAMINOS LOCALES DE VOLUMEN MUY BAJO (TMD ≤ 400)

5-34

5.6

REFERENCIAS

5-34

6.1

CAPÍTULO 6 INTRODUCCIÓN

6.2

CAMINOS Y CALLES DE COLECCION 6-1

CAMINOS COLECTORES RURALES 6.2.1 Consideraciones generales de diseño 6.2.2 Elementos transversales 6.2.3 Estructuras 6.2.4 Diseño de costado calzada 6.2.5 Intersección de diseño 6.2.6 Pasos a nivel camino-ferrocarril 6.2.7 Dispositivos de control de tránsito

6-2 6-2 6-5 6-7 6-8 6-9 6-10 6-10

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vi 6.2.8 6.2.9

Drenaje Control de erosión y paisajismo

6-10 6-11

6.3

CAMINOS COLECTORES URBANOS 6.3.1 Consideraciones generales de diseño 6.3.2 Elementos transversales 6.3.3 Estructuras 6.3.4 Diseño de costado calzada 6.3.5 Diseño de intersecciones 6.3.6 Pasos a nivel camino-ferrocarril 6.3.7 Dispositivos de control de tránsito 6.3.8 Iluminación vial 6.3.9 Drenaje 6.3.10 Control de erosión 6.3.11 Paisajismo

6-11 6-11 6-13 6-16 6-17 6-18 6-19 6-19 6-19 6-20 6-20 6-20

6.4

REFERENCIAS

6-20 CAPÍTULO 7

ARTERIAS RURALES Y URBANAS

7.1

INTRODUCCIÓN

7-1

7.2

ARTERIAS RURALES 7.2.1 Características generales 7.2.2 Consideraciones generales de diseño 7.2.3 Elementos transversales 7.2.4 Diseño de costado calzada 7.2.5 Estructuras 7.2.6 Dispositivos de control de tránsito 7.2.7 Control de erosión 7.2.8 Provisión para adelantamiento 7.2.9 Desarrollo final de arteriales multicarriles divididos 7.2.10 Arteriales multicarriles divididos 7.2.11 Arteriales divididos 7.2.12 Intersecciones 7.2.13 Administración de acceso 7.2.14 Instalaciones para bicicletas y peatones 7.2.15 Apartaderos de ómnibus 7.2.16 Pasos a nivel camino-ferrocarril 7.2.17 Zonas de descanso

7-1 7-1 7-2 7-4 7-6 7-6 7-7 7-7 7-7 7-9 7-12 7-12 7-24 7-24 7-25 7-25 7-26 7-26

7.3 ARTERIAS URBANAS 7.3.1 Características generales 7.3.2 Consideraciones generales de diseño 7.3.3 Elementos transversales 7.3.4 Diseño de costado de calzada 7.3.5 Estructuras 7.3.6 Barreras de tránsito 7.3.7 Pasos a nivel camino-ferrocarril 7.3.8 Administrador de acceso 7.3.9 Instalaciones para bicicletas y peatones 7.3.10 Provisión de servicios públicos 7.3.11 Diseño de intersecciones 7.3.12 Control operativo y reglamento 7.3.13 Uso carril direccional 7.3.14 Caminos laterales y separaciones exteriores 7.3.15 Separaciones de niveles y distribuidores 7.3.16 Control de erosión 7.3.17 Iluminación 7.3.18 Instalaciones de tránsito público

7-26 7-26 7-27 7-29 7-37 7-38 7-39 7-39 7-39 7-41 7-42 7-42 7-43 7-47 7-50 7-51 7-51 7-52 7-52

7.4 REFERENCIAS

7-56

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vii CAPÍTULO 8

AUTOPISTAS

8.1

INTRODUCCIÓN

8-1

8.2

CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO 8.2.1 Velocidad directriz 8.2.2 Volúmenes de tránsito de diseño 8.2.3 Niveles de servicio 8.2.4 Calzada y banquinas 8.2.5 Cordones 8.2.6 Peralte 8.2.7 Pendientes 8.2.8 Estructuras 8.2.9 Gálibo vertical 8.2.10 Diseño costado de calzada 8.2.11 Ramas y terminales 8.2.12 Separaciones exteriores, bordes y caminos frentistas

8-1 8-1 8-2 8-2 8-2 8-3 8-3 8-3 8-4 8-4 8-5 8-5 8-5

8.3

AUTOPISTAS RURALES 8.3.1 Alineamiento y perfil 8.3.2 Medianas 8.3.3 Taludes 8.3.4 Caminos de acceso

8-6 8-6 8-7 8-9 8-9

8.4

AUTOPISTAS URBANAS 8.4.1 Características generales de diseño 8.4.2 Medianas 8.4.3 Autopistas deprimidas 8.4.4 Autopistas elevadas 8.4.5 Autopistas a nivel del suelo 8.4.6 Autopistas de tipo combinado 8.4.7 Autopistas de diseño especial 8.4.8 Carriles de maniobra e instalaciones de transporte público

8-10 8-10 8-10 8-11 8-16 8-22 8-24 8-28 8-35

8.5 REFERENCIAS

8-47 TOMO 3 CAPÍTULO 9 INTERSECCIONES

9.1

INTRODUCCIÓN

9-1

9.2

CONSIDERACIONES Y OBJETIVOS GENERALES DE DISEÑO 9.2.1 Características de las intersecciones 9.2.2 Área funcional de intersección 9.2.3 Objetivos de diseño 9.2.4 Consideraciones de diseño para usuarios de intersección 9.2.5 Capacidad de intersección 9.2.6 Diseño de elementos de intersección

9-2 9-2 9-2 9-4 9-5 9-6 9-8

9.3

TIPOS Y EJEMPLOS DE INTERSECCIONES 9.3.1 Intersecciones de tres ramales 9.3.2 Intersecciones de cuatro ramales 9.3.3 Intersecciones multirramales 9.3.4 Rotondas

9-8 9-10 9-14 9-19 9-21

9.4

ALINEAMIENTO Y PERFIL 9.4.1 Consideraciones generales 9.4.2 Alineamiento 9.4.3 Perfil

9-25 9-25 9-25 9-27

9.5

DISTANCIA VISUAL DE INTERSECCIÓN 9.5.1 Consideraciones generales 9.5.2 Triángulos visuales 9.5.3 Control de intersección 9.5.4 Efecto de oblicuidad

9-28 9-28 9-29 9-32 9-54

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viii 9.6

PLATAFORMAS DE GIRO Y CANALIZACIÓN 9.6.1 Tipos de giro Caminos 9.6.2 Canalización 9.6.3 Isletas 9.6.4 Plataformas de giro en flujo libre en las intersecciones 9.6.5 Plataformas de giro con isletas de esquina 9.6.6 Peralte para plataformas de giro en las intersecciones 9.6.7 Distancia visual de detención en intersecciones

9-55 9-55 9-92 9-94 9-106 9-106 9-114 9-123

9.7

CARRILES AUXILIARES 9.7.1 Consideraciones generales de diseño 9.7.2 Carriles de desaceleración 9.7.3 Tratamientos de diseño para maniobras de giro a la izquierda

9-124 9-124 9-125 9-131

9.8

ABERTURAS DE MEDIANA 9.8.1 Consideraciones generales de diseño 9.8.2 Radios de control para trayectorias de giro mínimo 9.8.3 Longitud mínima de abertura de mediana 9.8.4 Aberturas de mediana según radio de control vehículo diseño 9.8.5 Efecto de oblicuidad 9.8.6 Diseños superiores al mínimo para giros directos a izquierda

9-140 9-140 9-141 9-149 9-149 9-151 9-154

.9

GIRO INDIRECTO A LA IZQUIERDA Y VUELTAS EN U 9.9.1 Consideraciones generales de diseño 9.9.2 Intersecciones con calzadas asa-de-jarro o bucle 9.9.3 Intersecciones con giro-izquierda desplazado 9.9.4 Medianas anchas con cruce de giro en U 9.9.5 Ubicación y diseño de aberturas mediana giro en U

9-155 9-155 9-157 9-160 9-162 9-164

9.10

DISEÑO DE ROTONDA 9.10.1 Elementos geométricos de las rotondas 9.10.2 Principios fundamentales

9-167 9-169 9-171

9.11. OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO DE INTERSECCIÓN 9.11.1 Elementos de diseño de intersección con caminos adyacentes 9.11.2 Dispositivos de control de tránsito 9.11.3 Bicicletas 9.11.4 Peatones 9.11.5 Iluminación 9.11.6 Calzadas 9.11.7 Giros izquierda a mitad de cuadra en calles con medianas al ras

9-176 9-176 9-180 9-180 9-181 9-181 9-181 9-182

9.12

PASOS A NIVEL CAMINO-FERROCARRIL 9.12.1 Alineamiento horizontal 9.12.2 Alineamiento vertical 9.12.3 Diseño de cruce 9.12.4 Distancia visual

9-184 9-184 9-184 9-185 9-186

9.13

9-192

10.1

REFERENCIAS CAPÍTULO 10 SEPARACIONES DE NIVEL Y DISTRIBUIDORES INTRODUCCIÓN Y TIPOS GENERALES DE DISTRIBUIDORES

10-1

10.2

JUSTIFICACIONES DE DISTRIBUIDORES Y SEPARACIONES DE NIVEL

10-3

10.3

ADAPTABILIDAD DE SEPARACIONES DE NIVEL Y DISTRIBUIDORES 10.3.1 Tránsito y operación 10.3.2 Condiciones del lugar 10.3.3 Tipo de camino e intersección

10-5 10-6 10-7 10-7

10.4

SEPARACIONES Y CONTROL DE ACCESO EN DISTRIBUIDORES

10-7

10.5

SEGURIDAD

10-9

10.6

DESARROLLO POR ETAPAS

10-10

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ix 10.7

FACTORES ECONÓMICOS 10.7.1 Costos iniciales 10.7.2 Costos de mantenimiento 10.7.3 Costos de operación vehicular

10-10 10-10 10-10 10-10

10.8

ESTRUCTURAS DE SEPARACIÓN DE NIVELES 10.8.1 Introducción 10.8.2 Tipos de estructuras de separación 10.8.3 Calzadas de paso superior versus paso inferior 10.8.4 Calzadas de paso inferior 10.8.5 Calzadas de paso superior 10.8.6 Distancia longitudinal para alcanzar un desnivel 10.8.7 Separaciones de nivel sin ramas

10-11 10-11 10-11 10-17 10-19 10-22 10-24 10-27

10.9

DISTRIBUIDORES 10.9.1 Consideraciones generales 10.9.2 Diseños de tres ramales 10.9.3 Diseños de cuatro ramales 10.9.4 Otras configuraciones de distribuidores 10.9.5 Consideraciones generales de diseño 10.9.6 Ramas 10.9.7 Otras características de diseño de distribuidores

10-27 10-27 10-28 10-35 10-60 10-63 10-87 10-127

10.10

REFERENCIAS

10-130

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TOMO 1 CAPÍTULO 1

FUNCIONES DEL CAMINO

PRÓLOGO 1.1

SISTEMAS Y CLASIFICACIONES

1-1

1.2

CONCEPTO DE CLASIFICACIÓN FUNCIONAL

1-1

1.3

CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DEL SISTEMA

1-6

1.4

REFERENCIAS

1-12

Prólogo

1

PRÓLOGO Como proyectistas, los ingenieros viales tratan de satisfacer las necesidades de los usuarios del camino mientras mantienen la integridad del ambiente. Las combinaciones únicas de los controles y restricciones de diseño -a menudo conflictivas- requieren soluciones únicas de diseño. La Política de Diseño Geométrico de Caminos y Calles orienta sobre la base de prácticas establecidas, complementadas con investigaciones recientes. Este documento también pretende ser un manual de referencia para ayudar a la planificación administrativa, y a los esfuerzos educativos relacionados con la formulación del diseño Salvo en las tablas copiadas desde el original, en el texto de esta traducción al español los valores de diseño se presentan en unidades métricas. El hecho de presentar nuevos valores de diseño en este documento no implica que las actuales calles y caminos no sean seguros, ni inducen a iniciar proyectos de mejoramiento, ni pretende ser una política de proyectos de repavimentación, restauración o rehabilitación (3R). Para tales proyectos, donde revisiones importantes de la curvatura horizontal o vertical no sean necesarias o prácticas, pueden mantenerse los valores actuales de diseño. A menudo, las investigaciones de lugares específicos y el análisis de la historia de choques indican que las características de diseño existentes se comportan de manera satisfactoria. El costo de la reconstrucción completa de estas instalaciones, sobre todo cuando no sea necesario un realineamiento importante, casi siempre no se justifica. Los proyectos de repavimentación, restauración y rehabilitación de caminos permitirán a los entes viales mejorar la seguridad del camino existente de forma selectiva, sin el costo de una reconstrucción completa. En el diseño de los proyectos 3R, el proyectista debe referirse al Informe Especial 214 TRB, Diseño vial seguro: Recomendaciones para repavimentación, restauración y rehabilitación, y publicaciones relacionadas para obtener orientación. La intención de esta política es guiar al proyectista mediante la fundamentación y recomendación de rangos de valores para dimensiones críticas. Un buen diseño vial consiste en equilibrar seguridad, movilidad y conservación de paisajes, recursos estéticos, históricos, culturales y ambientales. Esta política no pretende ser un manual de diseño detallado que reemplazara la necesidad de aplicar principios sólidos por parte del eficiente ingeniero de diseño. Se permite suficiente flexibilidad como para promover diseños independientes, adaptados a situaciones particulares. Los valores mínimos son dados o implícitos por el menor valor en un rango dado de valores. Los valores más grandes en los rangos pueden (deben) utilizarse donde los impactos sociales, económicos y ambientales no sean críticos. Los organismos viales deben ejercer el juicio ingenieril para seleccionar los valores adecuados de diseño. El camino, el vehículo y los usuarios individuales son partes integrales de la seguridad y eficiencia del transporte. Si bien este documento se refiere principalmente a cuestiones de diseño geométrico, para la operación segura y eficiente de las instalaciones de transporte también son necesarios vehículos bien equipados y mantenidos, y usuarios de comportamiento razonable y prudente.

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2

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles

Se hace hincapié en el uso conjunto de los corredores de transporte por peatones, ciclistas y vehículos de transporte público. Los proyectistas deben reconocer las implicaciones de compartir corredores de transporte y se los alienta a considerar el movimiento vehicular y el de las personas, la distribución de bienes y la prestación de servicios esenciales. Se pone énfasis en un programa de transporte más global. También se destaca el diseño rentable. Se amplió el procedimiento tradicional de comparar los beneficios del usuario vial con los costos para reflejar las necesidades de los no usuarios y el ambiente. Aunque añade complejidad al análisis, esta aproximación más amplia tiene en cuenta la necesidad de un determinado proyecto y las prioridades relativas entre varios proyectos. Los resultados de esta aproximación pueden requerir ajustes para satisfacer las necesidades según los fondos disponibles; desafío habitual que enfrentan los administradores viales. El objetivo de obtener un diseño de efectividad-de-costo no se limita a priorizar los proyectos individuales más beneficiosos, sino dar el mayor beneficio a la red de caminos de que cada proyecto es parte. La mayor parte del material técnico que sigue es información de diseño detallada o descriptiva. Las guías de diseño incluyen autopistas, caminos arteriales, colectores y locales, en zonas urbanas y rurales, en paralelo con la clasificación funcional utilizada en la planificación vial. El libro está organizado en Capítulos funcionales para destacar la relación entre el diseño y la función del camino. En el Capítulo 1 se explica la clasificación funcional. Estas guías de diseño geométrico dan al conductor eficiencia operativa, comodidad, y seguridad. Los conceptos de diseño se desarrollaron con la debida consideración de la calidad ambiental. Los efectos de los impactos ambientales distintos pueden y deben mitigarse mediante pensados procesos de diseño. Este principio, junto con la coherencia estética y con el terreno y entorno urbano circundante tiene por objeto producir caminos seguros y eficaces para los usuarios, aceptables para los no usuarios, y en armonía con el ambiente. Esta publicación sustituye al Libro Verde AASHTO 2004 del mismo nombre. Dado que los conceptos presentados no pueden ser completamente cubiertos en un solo documento, al final de cada capítulo se indican referencias a documentación adicional. Tales referencias incluyen obras citadas o consultadas en la elaboración del Capítulo o de interés para la discusión del tema. De ellas, sólo las sometidas a votación y publicadas por AASHTO representan la política de AASHTO.

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Capítulo 1 – Funciones del Camino 1

FUNCIONES DEL CAMINO

1.1

SISTEMAS Y CLASIFICACIONES

1-1

La clasificación de los caminos en diferentes sistemas operativos, clases funcionales, o tipos geométricos se necesita para la comunicación entre los ingenieros, administradores y público en general. Varios esquemas de clasificación se aplicaron para propósitos distintos en diferentes regiones rurales y urbanas. La clasificación de los caminos según el tipo de diseño basado en las principales características geométricas (por ejemplo, autopistas, calles y caminos convencionales) es el método más útil para la ubicación de caminos y procedimientos de diseño. La clasificación por numeración de ruta (por ejemplo, EUA, estatales y del condado) es el método más útil para las operaciones de tránsito. La clasificación administrativa (por ejemplo, el Sistema Nacional Vial o no Sistema Nacional Vial) se utiliza para referirse a los niveles de gobierno responsables y el método de financiación de la infraestructura vial. La clasificación funcional -agrupación de los caminos por el carácter del servicio que prestan- fue desarrollada para fines de planificación de transporte. La planificación integral del transporte, parte integral del desarrollo económico total y social, utiliza la clasificación funcional como un importante instrumento de planificación. La aparición de la clasificación funcional como el método predominante de agrupación de los caminos es coherente con las políticas de esta publicación. 1.2

CONCEPTO DE CLASIFICACIÓN FUNCIONAL

1.2.1

Jerarquías de movimientos y componentes

Mientras que el acomodamiento de los ciclistas, peatones y usuarios de transporte es una consideración importante en la planificación y diseño de caminos y calles, la clasificación funcional se basa principalmente en las características del vehículo automotor y del grado de acceso dado a las propiedades adyacentes. La marcha del vehículo automotor consiste en una serie de distintos movimientos de viaje. En la mayoría de los viajes, las seis etapas reconocibles incluyen: movimiento principal, transición, distribución, recolección, acceso y terminación. Por ejemplo, la Figura 1-1 muestra un viaje vial hipotético usando una autopista, donde el movimiento principal de los vehículos es ininterrumpido, de alta velocidad de flujo. Al acercarse a los destinos de la autopista, los vehículos reducen la velocidad en ramas de la autopista, que actúan como vías de transición. Luego los vehículos entran en caminos arteriales de velocidad moderada (instalaciones de distribución) que los acercan a la vecindad de los barrios de destino. A continuación entran en caminos colectores que penetran en los barrios. Finalmente entran en los caminos locales de acceso que dan acercamientos directos a las residencias individuales u otras terminaciones. En sus lugares de destino, los vehículos se estacionan en una instalación terminal adecuado. Cada una de las seis etapas de este viaje hipotético es manejada por una institución independiente, diseñada específicamente para su función. Debido a que la jerarquía de movimiento se basa en la cantidad total de volumen de tránsito, generalmente el viaje en autopista el de más alto nivel en la jerarquía del movimiento, debajo del cual está el viaje en arterial distribuidor, y el viaje más bajo es en las rutas colectoras y de acceso local.

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1-2

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles Figura 1-1. Jerarquía de movimiento

Aunque muchos viajes pueden subdividirse en las seis etapas reconocibles, no siempre son necesarias las instalaciones intermedias. La jerarquía completa de las instalaciones de circulación se aplica más a las condiciones de desarrollo de baja densidad suburbana, donde los flujos de tránsito son acumulativos en los elementos sucesivos del sistema. A veces los viajeros siguen un número reducido de componentes en la cadena. Por ejemplo, un solo gran generador de tránsito puede llenar uno o más carriles de una autopista durante ciertos períodos. En esta situación, es conveniente conducir al tránsito directamente hacia una rama de la autopista, sin necesidad de utilizar instalaciones arteriales que innecesariamente se mezclarían con ya concentrados flujos de tránsito. Esta ausencia de instalaciones intermedias no elimina la necesidad funcional de los restantes niveles de la jerarquía del flujo o los componentes funcionales del diseño, aunque puedan cambiar sus características físicas. El orden de movimiento es aún identificable. Una causa importante de obsolescencia vial es el fracaso de un diseño de reconocer y adaptarse a cada uno de los diferentes niveles de viaje de la jerarquía del movimiento. Los conflictos y la congestión se producen en las interfaces entre vías públicas y las privadas de generación de tránsito, cuando las transiciones funcionales son insuficientes. Ejemplos de ello son los accesos comerciales que se conectan directamente desde un arterial de velocidad relativamente alta a un pasillo de estacionamiento sin elementos intermedios para desacelerar o, más grave, ramas de la autopista que se conectan directamente hacia o desde generadores de tránsito de gran tamaño, como son los principales centros comerciales. La insuficiente capacidad del distribuidor arterial para servir las demandas del tránsito o las deficiencias de circulación interna en una planta de destino o de la red puede dar lugar a un retroceso de cola de tránsito hacia la autopista. Esta situación se alivia con un diseño interno que provea instalaciones para dar cabida a todas las funciones intermedias entre la autopista de alta velocidad y la instalación terminal de estacionamiento. En el caso de una autopista que se conecta directamente con un generador de tránsito grande, la desaceleración del movimiento rápido en la autopista se produce en la rama de salida. La distribución hacia las diferentes zonas de estacionamiento se realiza por caminos o carriles en la instalación de estacionamiento, los cuales reemplazan la función del distribuidor arterial y reparten los segmentos de flujo que entran en las dársenas de estacionamiento. El pasillo de estacionamiento, al dirigir a los vehículos hacia espacios individuales de estacionamiento se convierte en el equivalente de una calle de acceso, y las principales funciones del sistema de movimiento jerárquico son reconocibles. Cada categoría funcional está relacionada con un rango de velocidades del vehículo. Los mismos principios de diseño son también relevantes para las instalaciones terminales que colindan arteriales distribuidores o colectores. El diseño funcional de la instalación incluye cada etapa del movimiento, con la circulación interna en el diseño de la terminal para acomodar el orden del movimiento. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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Capítulo 1 – Funciones del Camino

1-3

La necesidad de diseñar para todas las etapas de la jerarquía de movimiento varía con el tamaño del generador de tránsito. Para los generadores relativamente pequeños, dos o más etapas pueden alojarse en la misma instalación interna. Para los generadores de tránsito más grandes, cada etapa de movimiento debe tener una instalación funcional separada. El número de componentes de diseño necesarios se puede determinar mediante la comparación de los volúmenes usuales de tránsito soportados por las calles públicas de diferentes categorías funcionales. El rango de volumen en instalaciones privadas internas puede estar relacionado con el rango comparable en la vía pública. Estos volúmenes pueden no ser directamente comparables, ya que el espacio físico disponible en una instalación privada es más pequeño, y los criterios operacionales son adecuadamente bastante diferentes. Sin embargo, pueden aplicarse los mismos principios de especialización de flujo y jerarquía del movimiento. Algunos ejemplos pueden demostrar cómo los principios de jerarquía del movimiento están relacionados con un sistema lógico de clasificación de la intensidad de generación de tránsito. En el nivel más elevado posible de generación de tránsito, un único generador llena una autopista entera y, por esta condición, las calles públicas intermedias no se pueden insertar entre el generador y la autopista; en consecuencia, las etapas de movimiento diferentes deben ser acomodadas internamente con un diseño adecuado. En el siguiente nivel de generación de tránsito, un solo generador de tránsito podría llenar un único carril de autopista. Entonces es adecuado construir una rama de la autopista para uso exclusivo del generador, sin intervenir calles públicas. En volúmenes más pequeños es deseable combinar el tránsito de varios generadores antes de que el flujo llegue a una rama de entrada de la autopista. El camino para esta función se convierte en un colector para acumular flujos pequeños hasta alcanzar un volumen que llene la rama de la autopista. Principios similares pueden aplicarse al nivel de servicio de un camino arterial distribuidor. Si un generador de tránsito dado es de tamaño suficiente se justifica un camino con una intersección exclusiva para el generador. En otros casos, una calle colectora intermedia debe combinar flujos de tránsito más pequeños hasta que alcanzan un volumen que garantiza una intersección a lo largo del arterial distribuidor. La misma teoría puede aplicarse a los criterios para acceso directo a una calle colectora. Por lo general, un generador de tránsito de tamaño moderado garantiza una conexión directa con una calle colectora sin acceso intermedio. Sin embargo, en un barrio de viviendas unifamiliares, una calle de acceso local debe reunir el tránsito de un grupo de residencias y conducirlo a una calle colectora en un punto de acceso único. En la práctica, el acceso directo a caminos arteriales y colectores debería estar dotado de propiedades comerciales y residenciales, especialmente en los barrios establecidos. En resumen, cada elemento de la jerarquía funcional puede servir como colector del siguiente elemento más alto, pero un elemento sólo debe estar presente si se necesita el colector intermedio para satisfacer las necesidades de espaciamiento y demandas de volumen de tránsito de la instalación superior siguiente. Mediante la estimación o predicción de las necesidades de espaciamiento y exigencias de volumen de tránsito para un elemento del sistema, es posible identificar qué casos deben utilizar el sistema completo y en qué casos se pueden omitir los elementos intermedios.

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1-4 1.2.2

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles Relaciones funcionales La clasificación funcional se aplica al grupo de calles y caminos de acuerdo con el carácter de servicio a dar; reconoce que los caminos y calles individuales no sirven a los viajes en forma independiente. Más bien, la mayoría de los viajes implican movimientos a través de la red vial, y pueden clasificarse -por su relación con estas redes- en categorías lógicas y coherentes. La clasificación funcional de caminos y calles también es coherente con la categorización de los viajes Figura 1-2. Canalización de viajes

Una ilustración esquemática de esta idea básica se muestra en la Figura 1-2. En la Figura 12 A, las líneas de deseo de viaje son líneas rectas que unen los orígenes y destinos de viaje (círculos). Las anchuras de las líneas indican las cantidades relativas de deseo de viajes. Los tamaños de los círculos indican el poder relativo de generación y atracción de viajes de los lugares mostrados. Dado que las conexiones rectas son poco prácticas para cada línea de deseo, los viajes deben canalizarse en una red de caminos limitada, del tipo mostrado en la Figura 1-2B. Los movimientos pesados de viaje se sirven directamente o casi, y los movimientos más pequeños se canalizan en trayectorias un tanto indirectas. Las instalaciones en la Figura 1-2 se etiquetan acceso local, colector y arterial, términos que describen sus relaciones funcionales. En este esquema, la jerarquía funcional también se relaciona con la jerarquía de las distancias de viaje atendidos por la red. La Figura 1-3 muestra una ilustración más completa de una red rural funcionalmente clasificada. Los caminos arteriales suelen dar servicio directo entre las ciudades y pueblos más grandes que generan y atraen una gran proporción de viajes relativamente largos. Los caminos de la categoría funcional intermedia (colectores) sirven pequeños pueblos directamente, conectándolos a la red arterial. Los caminos de esta categoría recogen el tránsito de los caminos locales que sirven a las granjas individuales y otros usos de la tierra rural, o distribuyen el tránsito a estos caminos locales desde los arteriales. Figura 1-3. Ilustración esquemática de una red vial rural clasificada funcionalmente

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Capítulo 1 – Funciones del Camino

1-5

Aunque este ejemplo tiene un entorno rural, los mismos conceptos básicos se aplican en las zonas urbanas y suburbanas. Una jerarquía similar se puede definir por una alta intensidad de uso de la tierra y de viajes, pero los centros específicos de generación de viajes son más difíciles de identificar. En las zonas urbanas y suburbanas, consideraciones adicionales como la separación de las intersecciones- se vuelven más importantes en la definición de una red lógica y eficiente. Una ilustración esquemática de una red de calles suburbanas funcionalmente clasificada se muestra en la Figura 1-4. Figura 1-4. Ilustración esquemática de parte de una red de calles suburbanas

1.2.3

Necesidades de acceso y control

Las dos consideraciones más importantes en la clasificación funcional de las redes de caminos y calles son acceso y movilidad. El conflicto entre el servicio de movimiento directo y el acceso a un patrón disperso de orígenes y destinos de viaje conduce a las diferencias y gradaciones en los tipos funcionales diferentes. La limitación regulada de acceso es necesaria en las arterias para aumentar su función primaria de movilidad. A la inversa, la función primaria de los caminos y calles locales es dar acceso (aplicación de lo que provoca una limitación de la movilidad). La extensión y el grado de control de acceso es un factor importante en la definición de la categoría funcional de una calle o camino. Aliado a la idea de la categorización de tránsito es el doble papel que la red de caminos y calles desempeña en dar (1) acceso a la propiedad y (2) movilidad de viajes. El acceso es una necesidad fija para cada área servida por el sistema vial. La movilidad se da en diferentes niveles de servicio; puede incorporar varios elementos cualitativos, como la comodidad de conducción y la ausencia de cambios de velocidad, pero el factor más básico es la velocidad de operación o el tiempo de viaje. La figura 1-2 muestra que el concepto de categorización del tránsito conduce lógicamente a una jerarquía funcional de clases de caminos y a una jerarquía similar de distancias relativas de viaje de estas clases de caminos. La jerarquía de las distancias de viaje puede relacionarse lógicamente con la especialización funcional en satisfacer las necesidades de acceso y movilidad. Los caminos rurales locales ponen el énfasis en la función de acceso a la tierra. Los arteriales para movimiento principal o de distribución destacan el alto nivel de movilidad del movimiento directo. Aproximadamente, los caminos colectores dan un servicio aproximadamente equilibrado para ambas funciones, Figura 1-5. Más discusión de los varios grados de control de acceso adecuado al desarrollo de calles y caminos se da en la Sección 2.5. “Control de acceso y gestión de acceso.”

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1-6

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Figura 1-5. Relación de los sistemas funcionalmente clasificados en servicio de la movilidad del tránsito y Acceso a la Tierra

1.3

CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DEL SISTEMA

Esta sección contiene definiciones y características de la infraestructura vial en zonas urbanas y rurales sobre la base de sus clasificaciones funcionales. Presenta información revisada de las FHWA Guías de Clasificación Funcional y Guía Actualizada 2008 para Clasificación Funcional de Caminos (1. 2). 1.3.1

Definiciones de zonas urbanas y rurales

Las zonas urbanas y rurales tienen características fundamentalmente diferentes con respecto a densidad y tipo de uso de la tierra, densidad de redes de calle caminos, naturaleza de patrones de viaje, y la manera en que estos elementos se relacionan. En consecuencia, los sistemas funcionales urbanos y rurales se clasifican por separado. Las zonas urbanas son los lugares en los límites fijados por los responsables estatales y locales (población ≥ 5.000). Las zonas urbanas se subdividen en zonas urbanizadas (población ≥ 50.000) y pequeñas zonas urbanas (población de 5.000 a 50.000). Para diseñar debe usarse la previsión de población del año de diseño. Las zonas rurales son las zonas fuera de los límites de las zonas urbanas.

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Capítulo 1 – Funciones del Camino 1.3.2

1-7

Categorías funcionales

Los caminos componen sistemas funcionales diferentes para zonas urbanas y rurales. La jerarquía de los sistemas funcionales consta de caminos arteriales principales (movimiento principal), arteriales secundarios (distribuidores), colectores, y caminos y calles locales. En las zonas urbanas hay relativamente más subdivisiones funcionales de la categoría arterial, mientras que en zonas rurales hay relativamente más subdivisiones funcionales de la categoría colector. 1.3.3

Sistemas funcionales de zonas rurales

Los caminos rurales comprenden instalaciones fuera de las zonas urbanas. Los nombres dados por los sistemas reconocibles son arterias principales (caminos), arterias secundarias (caminos), colectores principales y secundarios (caminos), y caminos locales. Sistema rural arterial principal El sistema rural arterial principal consta de una red de rutas con las características de servicio: 1. Movimiento con longitud y densidad de viajes adecuados para viajes estatales o interestatales. 2. Movimientos entre todas, o casi todas, las zonas urbanas con poblaciones de más de 50.000, y una gran mayoría de los que tienen poblaciones de más de 25.000. 3. Movimiento integrado sin conexiones centrales, excepto donde inusuales condiciones geográficas o de flujo de tránsito dicten lo contrario (por ejemplo, conexiones con límites internacionales o conexiones a ciudades costeras). En los estados más densamente poblados, esta clase de camino incluye la mayoría (pero no todos) de las rutas muy transitadas que podrían justificar multicarriles en la mayoría de los estados; el sistema arterial principal incluye la mayoría (si no todos) las actuales autopistas rurales. El sistema arterial principal se estratifica en tres clasificaciones de caminos: (1) interestatales, (2) autopistas y autovías, y (3) otros arterias principales. Sistema rural arterial secundario El sistema rural arterial secundario, en conjunción con el sistema arterial rural principal, forma una red con las características de servicio siguientes: 1. Vinculación de ciudades, pueblos más grandes, y otros generadores de tránsito (como zonas turísticas importantes) capaces de atraer a los viajes de manera similar a través de largas distancias. 2. Servicio integrado interestatal y entre condados. 3. Espaciamiento interno coherente con la densidad de población, de modo que todas las zonas desarrolladas del estado estén a distancias razonables de caminos arteriales. 4. Movimientos coherentes con los ítems (1) a (3) con distancias y densidades de viaje mayores que las predominantemente servidas por sistemas rurales colectores o locales. Los arteriales secundarios constituyen rutas que deberían proveer velocidades de viaje relativamente altas y mínima interferencia al movimiento directo, coherente con el contexto del área de proyecto y teniendo en cuenta el rango o variedad de usuarios.

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Sistema rural colector Generalmente las rutas rurales colectoras sirven primariamente viajes entre condados, más que de importancia estatal, y constituyen los ejes en los cuales (independientemente del volumen de tránsito) los recorridos predominantes son más cortos que en las rutas arteriales. Típicamente las velocidades son más moderadas. Para definir claramente los colectores rurales se subclasifican según los criterios siguientes: Caminos colectores principales – Sirven a (1) asentamientos condales fuera de rutas arteriales, los pueblos más grandes no directamente servidos por los sistemas superiores, y otros generadores de tránsito de equivalente importancia intercondal, como escuelas consolidadas, puntos de envíos, parques, y zonas mineras y agrícolas importantes, (2) vinculan estos lugares con los mayores pueblos o ciudades cercanos, o con rutas de clasificaciones mayores, y (3) sirven a los corredores de viaje más importantes del condado. Caminos colectores secundarios - Debe (1) espaciarse a intervalos regulares con una densidad de población que acumule el tránsito de los caminos locales y lleven a todas las zonas desarrolladas en distancias razonables de los caminos colectores, (2) dar servicio a las comunidades más pequeñas, y (3) vincular los generadores de tránsito locales importantes con su interior rural. Sistema rural local Principalmente, en comparación con los sistemas rurales colectores y arteriales, el sistema rural local da acceso a la tierra adyacente a la red de colectores, y sirve a viajes de distancias relativamente cortas. El sistema local comprende a todos los caminos rurales no clasificados como arterias principales o secundarias, o colectores. Extensión de los sistemas rurales Los criterios funcionales para los sistemas viales fueron expresados aquí en términos cualitativos más que cuantitativos. Debido a diferentes condiciones geográficas (por ejemplo, densidad de población, espaciamiento y tamaños de ciudades, y densidades y patrones de las redes viales), los criterios sobre tamaños de los centros de población, longitudes de viaje, volúmenes de tránsito, y espaciamiento de rutas no son aplicables a todos los sistemas en todos los estados. Sin embargo, los resultados de los estudios de clasificación realizados en muchos estados muestran una considerable coherencia (expresada en porcentajes de la longitud total de los caminos rurales) en las extensiones relativas de los sistemas funcionales. En general se prevé que todos los sistemas viales desarrollados mediante el uso de estos criterios en todos los estados -excepto Alaska y Hawái- caigan en los rangos de porcentajes mostrados en la Tabla 1-1. Los valores más altos de los rangos indicados se aplican a los estados con redes viales totales menos extensas en relación con la densidad de población. En los estados que tienen las redes viales totales más extensas en relación con la densidad de población son aplicables los valores más bajos. El rango de porcentajes de los colectores rurales representa la longitud total de caminos colectores principales y secundarios, y se aplican a los totales de los caminos rurales estatales; los porcentajes en condados particulares pueden variar considerablemente del promedio estatal. Usualmente, las zonas con un extenso patrón de grilla regular de caminos tienen menor porcentaje de colectores que las zonas con condiciones geográficas que imponen patrones restrictivos o menos regulares de desarrollo vial.

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Capítulo 1 – Funciones del Camino

1-9

Tabla 1-1. Guías sobre la extensión de sistemas funcionales rurales Porcentaje de la longitud total de caminos rurales 2-4% 6-12% 20-25% 65-75%

Sistemas Arterial principal Arteriales principales y secundarios Colector Local

1.3.4

Sistemas funcionales de zonas urbanas

Los cuatro sistemas funcionales viales de zonas urbanas son arteriales principales (calles) y secundarios (calles), colectoras (calles), y calles locales. Las diferencias en la naturaleza e intensidad del desarrollo de las zonas rurales y urbanas justifican las correspondientes diferencias en las características del sistema urbano en relación con los correspondientes sistemas rurales. Sistema urbano arterial principal En cada ambiente urbano, un sistema de calles y caminos pueden identificarse como inusualmente importante en términos de la naturaleza y composición de los viajes que sirve. En las pequeñas zonas urbanas (población menor que 50.000), estas instalaciones pueden ser muy limitadas en número y extensión, y su importancia se deriva principalmente de los servicios prestados a través de los viajes. En las zonas urbanas, su importancia también se deriva del servicio al tránsito ruralmente orientado, pero tanto o más importante aún, del servicio a los movimientos de mayor circulación en estas zonas urbanizadas. El sistema urbano arterial principal sirve a los centros de actividad importantes de las zonas urbanizadas -los corredores de más altos volúmenes de tránsito- y los deseos de viajes más largos. Este sistema lleva a una alta proporción de los viajes de la zona urbana total aunque constituye un porcentaje relativamente pequeño de la red de caminos total. El sistema debe integrarse internamente y entre las principales conexiones rurales. El sistema urbano arterial principal lleva la mayor parte de los viajes que entran y salen de la zona urbana, y la mayor parte de los movimientos directos que no pasan por el centro de la ciudad. Además, significativos viajes interzonales, tales como entre los distritos de negocios centrales y las periféricas zonas residenciales, entre las comunidades urbanas importantes, y entre los centros suburbanos principales, se sirven por esta clase de instalaciones. Con frecuencia, el sistema urbano arterial principal lleva importantes rutas de ómnibus intraurbanos e interurbanos. En las zonas urbanizadas, este sistema da continuidad a todos los arteriales rurales que interceptan el límite urbano. Debido a la naturaleza del viaje servido por el sistema arterial principal, usualmente casi todas las instalaciones de acceso total o parcialmente controlado son parte de esta clase funcional. Sin embargo, este sistema no se limita a las rutas de acceso controlado. Para preservar la identificación de las instalaciones de acceso controlado, el sistema arterial principal debe estratificarse así: (1) interestatal, (2) otras autopistas, y (3) otros arteriales principales (parcial/sin control de acceso).

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El espaciamiento de las arterias principales urbanas está angostamente relacionado con las características de densidad de viaje de porciones particulares de las zonas urbanas. Aunque no se aplica ninguna regla firme sobre espaciamiento en todas o mayoría de las circunstancias, la separación entre las arterias principales de grandes zonas urbanas puede variar desde menos de 1.6 km en las zonas de negocio altamente desarrollados centrales hasta 8 km o más en la periferia urbana escasamente desarrollada. En autopistas y autovías, el servicio a la tierra colindante está subordinado al servicio de viajes para los movimientos de tránsito importantes. Para instalaciones en la subclase de otras arterias principales de zonas urbanas, a menudo la movilidad se equilibra con la necesidad de dar acceso directo, y de acomodar a peatones, ciclistas y usuarios del transporte público. Sistema urbano arterial secundario de calles El sistema urbano arterial secundario de calles se interconecta con y aumenta el sistema arterial urbano principal. Tiene capacidad para viajes de longitud moderada a un nivel algo más bajo de movilidad que las arterias principales. Este sistema distribuye los viajes a las zonas geográficas más pequeñas que las identificadas con el sistema principal. El sistema urbano arterial secundario de calles incluye todas las arterias que no se clasifican como principales. Este sistema pone más énfasis en el acceso a la tierra que el sistema principal, y da menor movilidad de tránsito. Puede llevar rutas de ómnibus locales y dar continuidad intracomunitaria, pero lo ideal es no penetrar en los barrios identificables. Incluye conexiones urbanas a los caminos colectores rurales donde tales conexiones no fueron clasificadas como arteriales urbanos principales por razones internas. El espaciamiento urbano de calles arteriales secundarias puede variar desde 0.2 a 1 km en el distrito central de negocios hasta 3 a 5 km en las franjas suburbanas, pero normalmente no más de 2 km en zonas completamente desarrolladas. Sistema urbano de calles colectoras El sistema urbano de calles colectoras da acceso a la tierra y sirve a la circulación del tránsito en los barrios residenciales, y zonas comerciales e industriales. Se diferencia del sistema urbano arterial en que las instalaciones en el sistema colector pueden penetrar en los barrios residenciales, y distribuir los viajes desde las arterias a través de la zona hasta sus destinos finales. Por el contrario, la calle colectora urbana también recoge el tránsito desde las calles locales en los barrios residenciales y lo canaliza hacia el sistema arterial. En el distrito central de negocios, y en otras zonas de similar desarrollo y densidad de tránsito, el sistema colector urbano puede incluir toda la grilla de calles. El sistema urbano de calles colectoras también puede llevar rutas de ómnibus locales. Sistema urbano de calles locales El sistema urbano de calles locales comprende todas las instalaciones fuera de los sistemas principales. Sobre todo permite el acceso directo a las tierras colindantes y conexiones a los sistemas de orden superior. Da el nivel más bajo de movilidad y generalmente no tiene rutas de ómnibus. Usualmente se desalienta el servicio de movimientos directos del tránsito.

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Capítulo 1 – Funciones del Camino

1-11

Longitud de vías y viajes en sistemas urbanos En general, los sistemas desarrollados para zonas urbanas con los criterios de este documento caen en los rangos de porcentajes mostrados en la Tabla 1-2. Tabla 1-2. Guías sobre la extensión de los sistemas urbanos funcionales Sistemas Arterial principal Arterial principal más calles arteriales secundarias Colector Local

1.3.5

Porcentaje de la longitud total de caminos urbanos 5-10% 15-25% 5-10% 65-80%

Clasificación funcional como un tipo de diseño

La clasificación funcional de un camino o calle fue la base para organizar los criterios de diseño geométrico de esta política; establece el tipo de diseño básico que se utilizará. Dos dificultades principales se derivan de este aproximación: 1. Autopistas. Una autopista no es una clase funcional en sí misma, sino que normalmente se clasifica como arterial principal. Sin embargo, tiene criterios geométricos únicos que exigen una designación de diseño separada de los otros caminos arteriales. Por lo tanto se incluyó un Capítulo Autopistas junto con capítulos sobre caminos y calles arteriales, colectores y locales. Adicionar el término internacionalmente conocido “autopista” a las clases funcionales básicas parece preferible a adoptar un sistema completamente separado de tipos de diseño. 2. Volúmenes de tránsito. En los criterios pasados, el diseño geométrico y los niveles de ca-

pacidad se basaron en una clasificación de rangos de volúmenes de tránsito, y los caminos con similares volúmenes de tránsito se construyeron con los mismos criterios y niveles de servicio, a pesar de diferencias en sus funciones. Bajo un sistema de clasificación funcional, los criterios de diseño y niveles de servicio varían según la función del camino. Los volúmenes sirven para refinar más los criterios de diseño para cada clase. Se prevé que los arteriales den un alto grado de movilidad a los viajes más largos. Por lo tanto, deben facilitar velocidades de operación y niveles de servicio tan altos como resulte práctico en el contexto de la zona del proyecto. Dado que el acceso a la propiedad colindante no es su función principal, es deseable un cierto grado de control de acceso para mejorar la movilidad. Los colectores tienen la doble función de acomodar los viajes más cortos y alimentar a los arteriales; deben dar un cierto grado de movilidad y servir a la propiedad colindante. Por lo tanto son adecuados valores intermedios de velocidades directrices y niveles de servicio. Los caminos y calles locales tienen longitudes de viaje relativamente cortas, y debido a que el acceso a propiedad es su función principal, hay poca necesidad de alta movilidad o velocidad de operación. Esta función se refleja mediante el uso de más bajas velocidades directrices y niveles de servicio.

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1-12

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El concepto funcional es importante para el proyectista. A pesar de que muchos de los valores de diseño geométrico podrían determinarse sin referir la clasificación funcional, el proyectista debe tener en mente el propósito general a servir por la calle o camino, y el contexto de la zona del proyecto. Este concepto es coherente con el aproximación sistemático de la planificación y diseño vial. El primer paso en el proceso de diseño de un camino es definir la función a servir, y el contexto de la zona de proyecto. El nivel de servicio necesario para cumplir esta función para el volumen previsto y la composición de tránsito dan una base racional y rentable para seleccionar la velocidad directriz y los criterios geométricos en los rangos de valores disponibles para el proyectista. La clasificación funcional y un tipo de diseño deben integrar adecuadamente la planificación vial y el proceso de diseño. 1.4 REFERENCIAS 1. FHWA, FHWA Functional Classification Guidelines. Federal Highway Administration, U. S. Department of Transportation, Washington, DC, 1989. http://www.fhwa.dot.gov/planning/fctoc.htm 2. FHWA. 2008 Updated Guidance for the Functional Classification of Highways. Memorandum from Mary B. Phillips, Associate Administrator for Policy and Governmental Affairs, Federal Highway Administration, U.S. Department of Transportation, Washington, DC, October 14. 2008.

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TOMO 1 CAPÍTULO 2

CONTROLES Y CRITERIOS DE DISEÑO

2.1

VEHÍCULOS DE DISEÑO

2-1

2.2

DESEMPEÑO DEL CONDUCTOR Y FACTORES HUMANOS

2-21

2.3

CARACTERÍSTICAS DE TRÁNSITO

2-30

2.4

CAPACIDAD DEL CAMINO

2-45

2.5

CONTROL Y GESTIÓN DE ACCESO

2-56

2.6

PEATONES

2-62

2.7

INSTALACIONES CICLISTAS

2-65

2.8

SEGURIDAD

2-66

2.9

AMBIENTE

2-70

2.10

ANÁLISIS ECONÓMICO

2-70

2.11

REFERENCIAS

2-71

Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño 2

CONTROLES Y CRITERIOS DE DISEÑO

2.1

VEHÍCULOS DE DISEÑO

2.1.1

Características generales

2-1

Los controles clave del diseño geométrico vial son las características físicas y proporciones de vehículos de distintos tamaños que usan el camino. Para usar en el diseño, es preciso examinar todos los tipos de vehículos, establecer agrupamientos de clases, y seleccionar vehículos de tamaños representativos de cada clase. Estos vehículos seleccionados, con representativos pesos, dimensiones y características de operación, se utilizan al establecer los controles de diseño para acomodar las clases de vehículos conocidos como vehículos de diseño. Para el diseño geométrico, cada vehículo de diseño tiene dimensiones físicas y radio mínimo de giro más grandes que la mayoría de los vehículos de su clase. Normalmente, los vehículos de diseño más grandes se acomodan en el diseño de las autopistas. Se establecieron cuatro categorías generales de vehículos de diseño: (1) vehículos de pasajeros, (2) ómnibus, (3) camiones y (4) vehículos recreativos. La clase vehículos de pasajeros incluye automóviles de todos los tamaños, vehículos deportivos/utilitarios, furgonetas, furgones y camionetas. Los ómnibus incluyen los interurbanos, urbanos, escolares, y articulados. Los camiones incluyen los simples, combinaciones de tractor y semirremolque, y tractores con semirremolques y remolques. Los vehículos recreativos incluyen casas rodantes, automóviles con remolques, automóviles con botes remolcados, casas rodantes con botes remolcados y casas rodantes que remolcan autos. Además, la bicicleta también debe considerarse como un vehículo de diseño de los caminos que permitan su uso. En la Tabla 2-1 se presentan las dimensiones de 20 vehículos de diseño de las clases generales. Al diseñar cualquier elemento de un camino, el proyectista debe considerar el vehículo de diseño más grande que probablemente utilice esa instalación con una frecuencia considerable, o un vehículo con características especiales de diseño adecuadas para una ubicación particular, y diseñar características críticas tales como radios en las intersecciones y radio de giro de los caminos. Como guía general, al seleccionar el vehículo de diseño puede considerarse: Automóvil. Cuando el generador de tránsito principal es un estacionamiento o una serie de

plazas de estacionamiento. Camión simple de dos ejes. Para diseñar intersecciones de calles residenciales y caminos-

parque. Camión simple de tres ejes. Para diseñar calles colectoras y otras instalaciones donde sean

probables camiones simples más grandes. Ómnibus urbano. Para diseñar intersecciones de caminos estatales con calles urbanas des-

tinadas a rutas de ómnibus, con tránsito relativamente pequeño de camiones grandes.

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2-2

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Tabla 2-1. Dimensiones de vehículos de diseño

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-3

Dependiendo del uso previsto, un ómnibus escolar grande (84 pasajeros) o un ómnibus escolar convencional (65 pasajeros) pueden utilizarse para diseñar intersecciones de caminos con caminos condales de bajo volumen, y caminos locales municipales de TMD menor que 400. El ómnibus escolar también puede ser adecuado para diseñar algunas intersecciones de calles de subdivisión. En general, el camión BM-20 debe ser el vehículo de tamaño mínimo considerado para diseñar las intersecciones en los terminales de rama de autopista con cruces arteriales, y para otras intersecciones en caminos estatales y calles industrializadas que llevan grandes volúmenes de tránsito, o que dan acceso local a camiones grandes, o ambos. En muchos casos, los operadores de WB-20 y vehículos más grandes tiran de los ejes traseros del vehículo hacia adelante para mantener una distancia entre el pivote y el eje trasero de 12.5 m, lo que hace al camión más maniobrable y es requerido por ley en muchas jurisdicciones. Donde esta práctica sea frecuente, el BM-19 puede usarse al diseñar maniobras de giro, pero el WB-20 debe utilizarse en situaciones de diseño donde se considere la longitud total del vehículo, tal como para la distancia visual en los pasos a nivel camino-ferrocarril. Las investigaciones recientes desarrollaron varios vehículos de diseño más grandes que los aquí presentados, con longitudes totales hasta 40 m. Generalmente, estos vehículos de diseño más grandes no son necesarios para diseños adaptados a la flota de camiones actual. Sin embargo, sí es necesario para enfrentar condiciones específicas, sus dimensiones y prestaciones para giro pueden encontrarse en NCHRP Report 505 (24). 2.1.2

Trayectorias de giro mínimo de vehículos de diseño

La Tabla 2-2 presenta los radios de giro mínimo y las Figuras 2-1 a 2-9 y 2-13 a 2-23 las trayectorias de giro mínimo de 20 vehículos de diseño típicos. Las dimensiones principales que afectan al diseño son el radio de giro mínimo de línea central (CTR), el ancho exterior de huella, la distancia entre ejes, y la trayectoria interior de la rueda trasera. Los efectos de las características del conductor (por ejemplo, la velocidad a la que el conductor gira) y los ángulos de resbalamiento de las ruedas se minimizan al asumir que la velocidad del vehículo para el radio de giro mínimo es de menos de 15 km/h. Los límites de las trayectorias de giro de cada vehículo de diseño para sus giros más agudos giros se establecen por la traza exterior del voladizo frontal y la trayectoria de la rueda trasera interior. Este giro más agudo asume que la rueda delantera exterior sigue el arco circular que define el mínimo radio de giro de la línea central, determinado por el mecanismo de sentido del vehículo. En las Tablas 2-2 se dan los radios mínimos de las trayectorias de rueda exterior e interior, y los de la línea central (CTR) para vehículos de diseño específicos. Generalmente, los camiones y ómnibus necesitan diseños geométricos más generosos que los vehículos de pasajeros. En gran parte debido a que los camiones y ómnibus son más anchos y tienen mayores distancias entre ejes, y mayores radios de giro mínimo, las cuales son las dimensiones principales de los vehículos que afectan al alineamiento horizontal y a la sección transversal. Los camiones simples y ómnibus tienen radios de giro más pequeños que la mayoría de los vehículos tipo combinación, pero debido a su mayor salida de huella, los vehículos tipo combinación más largos necesitan anchos mayores de trayectorias de giro.

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2-4

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Tabla 2-2. Radios de giro mínimo de vehículos de diseño

Nota: Los números se redondearon al cm más próximo * Vehículo de diseño con remolque de 14.63 m aprobado en la Ley de Ayuda de Transporte de Superficie (STAA) 1982. ** Vehículo de diseño con remolque de 16.15 m protegido por la STAA 1982. a

Los ómnibus escolares se fabrican en tamaños desde 42 pasajeros hasta 84 pasajeros, con distancias entre ejes de 3.35 a 6.10 m, respectivamente. Los radios de giro mínimos de diseño correspondientes varían de 8.58 a 11.92 m y los radios mínimos interiores de 5.38 a 7.1 m. b El radio de giro asumido por un diseñador al investigar posibles trayectorias giro establecidas por el eje delantero de un vehículo. Si se supone la trayectoria de giro mínimo, el CTR iguala aproximadamente el radio de giro mínimo de diseño menos la mitad del ancho delantero del vehículo.

Un camión tipo combinación es un camión de una sola unidad con un remolque completo, un camión tractor con un semirremolque o un camión tractor con un semirremolque y uno o más remolques. Debido a los tamaños combinación de camión y características de giro variar ampliamente, hay varias combinaciones de vehículos de diseño de camiones. Estos camiones de combinación se identifican por la designación WB, junto con la distancia entre ejes u otra dimensión de longitud en medidas métricas y unidades de EUA habituales. Los vehículos de camiones combinación de diseño son:

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-5

(1) Vehículo de diseño BM-12, representativo de las combinaciones de tamaño intermedio tractor-semirremolque, (2) vehículo de diseño WB-19 representativo de las combinaciones de mayor tamaño tractor-semirremolque permitido en caminos seleccionadas por la Ley de Asistencia de Transporte Superficial de 1982, (3) vehículo de diseño BM-20 representativo de un tractor-semirremolque más grande, permitido operar en caminos seleccionados por derechos protegidos bajo la STAA de 1982, (4) vehículo de diseño BM-20D representativo de un tractos-semirremolque/remolque total (remolque doble o mellizo), combinación comúnmente en uso, (5) BM-28D Rocky Mountain doble tractor-semirremolque/remolque total/remolque total, combinación con un remolque más largo y un remolque más corto, utilizado ampliamente en varios estados del oeste, (6) el vehículo de diseño BM-30T, representativo del tractor-semirremolque/remolque total/remolque total combinaciones triples selectivamente en uso, y (7) el vehículo de diseño WB-33D representativo combinaciones más grandes tractor-semirremolque/remolque total selectivamente en uso. Aunque Rocky Mountain dobles, turnpike dobles y remolques triples sólo se permiten en algunos caminos, su presencia justifica su inclusión en esta publicación. En la Figura 2-10 se definen las características de giro de una típica combinación tractor/semirremolque. La Figura 2-12 define las longitudes de tractores usados comúnmente en combinaciones tractor/semirremolque. La Figura 2-11 muestra la relación entre el ángulo de giro máximo, la distancia entre ejes efectiva del tractor, y el radio de giro de línea central en la que se basa el cálculo de las trayectorias de giro para camiones combinación. Terminología de las Figuras 2-10 y 2-11: 1. Radio de giro de cordón a cordón - Arco circular formado por el radio de giro de trayectoria del neumático exterior delantero de un vehículo. 2. Radio de giro de pared a pared - Arco circular formado por el radio de giro de trayectoria del frente (voladizo), 3. Radio de giro de línea central (CTR) - Radio de giro de la línea central del eje delantero de un vehículo con sus ruedas de sentido en la posición de bloqueo. 4. Desvío de huella - Diferencia de las trayectorias de las ruedas delanteras y traseras de un tractor/semirremolque al maniobrar un giro. La trayectoria de los neumáticos traseros de un camión girando no coincide con la de los neumáticos delanteros, Figura 2-10. 5. Ancho de trayectoria barrida – Ancho de calzada que cubre un camión en un giro, igual a la salida de huella más el ancho del tractor. La dimensión más significativa que afecta el ancho de trayectoria barrida de un tractor/semirremolque es la distancia desde el pivote al eje o ejes traseros del remolque. A mayor distancia, mayor ancho de trayectoria. 6. Ángulo de sentido - Promedio de los ángulos formados por las ruedas de sentido izquierda y derecha con el eje longitudinal del vehículo cuando las ruedas giran a su ángulo máximo, el cual controla el radio de giro mínimo del vehículo. 7. Ángulo tractor/remolque (ángulo de articulación) - Ángulo entre unidades adyacentes de un tractor/semirremolque cuando la unidad de combinación se coloca en un giro; este ángulo se mide entre los ejes longitudinales del tractor y el remolque al girar el vehículo. El máximo ángulo tractor/remolque se produce cuando un vehículo hace un giro de 180 grados con el radio de giro mínimo; este ángulo se alcanza un poco más allá del punto donde se alcanza la anchura máxima de trayectoria barrida. Un vehículo de combinación tiene tantos ángulos de articulación como articulaciones, y se los designan AA1. AA2. etc., comenzando desde la parte delantera.

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2-6

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Las dimensiones de los vehículos de diseño tienen en cuenta las tendencias recientes en los tamaños de los vehículos automóviles fabricados en los EUA y representan una combinación de vehículos actualmente en operación. Sin embargo, las dimensiones de vehículo de diseño están destinadas a representar los tamaños críticos para el diseño geométrico, y por lo tanto son más grandes que casi todos los vehículos que pertenecen a sus correspondientes clases de vehículos. Los radios de giro mínimo y las longitudes de transición mostrados en las figuras son para giros a menos de 15 km/h. A velocidades mayores se necesitan curvas de transición más largos y mayores radios de curva. Las plataformas de giro mostradas en las Figuras 2-1 a 29 y 2-12 a 2-23 se dedujeron sobre la base de las especificaciones de los fabricantes de vehículos usando programas de computadoras disponibles en el mercado. El informe Comparación de especificaciones y medidas de radios de giro para un ómnibus de 45’ (40) confirma que los radios mostrados en la Figura 2-5 son para un ómnibus con un perfecto alineamiento del extremo frontal según las especificaciones del fabricante. Para girar a la derecha, los ómnibus típicos en servicio -sin ajuste del alineamiento del extremo frontal durante algún tiempo- necesitan radios más grandes que los valores mostrados aquí. El vehículo de diseño P, con las dimensiones y características de giro mostradas en la figura 2-1, representa un automóvil grande. El vehículo de diseño SU-9 representa un camión de una sola unidad y el SU-12 representa un camión de una sola unidad más grande. Las dimensiones de control indican la trayectoria de giro mínimo para la mayoría de los camiones de una sola unidad en operación, Figuras 22 y 2-3. En caminos de largas distancias que sirven a voluminoso tránsito de camiones u ómnibus intermunicipales, generalmente el vehículo de diseño debe ser un camión combinación u ómnibus interurbano. Las autoridades de tránsito metropolitano permiten ómnibus de hasta 13.7 m, equipados con un montaje frontal para bicicletas, siempre y cuando los manillares de bicicleta no se extienden más de 1.07 m de la parte delantera del ómnibus. Las Figuras 2-4 a 2-6 muestran trayectorias de giros mínimos de ómnibus de este tipo. Los ómnibus que sirven determinadas zonas urbanas no podrán ajustarse a las dimensiones que se muestran en la Figura 2-6. Por ejemplo, los ómnibus articulados, que ahora se utilizan en ciertas ciudades, son más largos que un ómnibus convencional, con una articulación permanente cerca del centro del vehículo que permite una mayor maniobrabilidad. La Figura 2-9 muestra las dimensiones críticas para el vehículo de diseño A-BUS. También, debido a la importancia de los ómnibus escolares, dos vehículos de diseño designado como S-BUS 11 y S-BUS 12 se muestran en las Figuras 2-7 y 2-8 respectivamente. El vehículo de diseño más grande es un ómnibus de 84-pasajeros y el vehículos de diseño más pequeños es un ómnibus de 65 pasajeros. El proyectista también debe ser consciente de que para ciertos ómnibus, la combinación de la distancia al suelo, pendiente y curvatura vertical de la calzada pueden dificultar las maniobras en las zonas montañosas. Las Figuras 2-13 a 2-19 muestran dimensiones y trayectorias mínimas de giro de los vehículos de diseño que representan a varios camiones tipo combinación. A menudo, para caminos locales y calles, el BM-12 se considera un vehículo de diseño adecuado. Los camiones más grandes son la combinación adecuada para el diseño de instalaciones que sirven a los camiones. Las Figuras 2-20 a 2-23 indican las trayectorias mínimas de giro de vehículos recreacionales típicos.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-7

Además de los vehículos mostrados en las Figuras 2-1 a 2-9 y Figuras 2-13 a 2-23. pueden utilizarse otros vehículos para aplicaciones de diseño seleccionadas, según proceda. Pueden aplicarse los programas disponibles en el mercado para deducir las trayectorias de giro y determinar las características de cualquier vehículo distinto de los mostrados.

Figura 2-1. Trayectoria de giro mínimo para vehículos de pasajeros - Vehículo de diseño (P)

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2-8

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Figura 2-2. Trayectoria de giro mínimo para camión simple - Vehículo de diseño (SU-9)

Figura 2-3. Trayectoria de giro mínimo para camión simple - Vehículo de diseño (SU-12)

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-9

Figura 2-4. Trayectoria de giro mínimo de ómnibus interurbanos - Vehículo de diseño (BUS-12)

Figura 2-5. Trayectoria de giro mínimo de ómnibus interurbanos - Vehículo de diseño (BUS14)

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2-10

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Figura 2-6. Trayectoria de giro mínimo de ómnibus de tránsito en ciudad - Vehículo de diseño (ómnibus urbanos)

Figura 2-7. Trayectoria de giro mínimo para ómnibus escolar convencional - Vehículo de diseño (S-BUS-11)

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-11

Figura 2-8. Trayectoria de giro mínimo para ómnibus escolar grande - Vehículo de diseño - (S-BUS-12)

Figura 2-9. Trayectoria de giro mínimo para el ómnibus articulado - Vehículo de diseño (ABUS)

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2-12

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Figura 2-10. Características de giro de una combinación típica Camión Tractor-Semirremolque

Figura 2-11. Método de cálculo para determinar el radio de inflexión en línea central Camiones tractor-Semirremolque

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-13

Figura 2-12. Las longitudes de camiones tractores de uso común

Figura 2-13. Trayectoria de giro mínimo para el semirremolque intermedio - Vehículo de diseño (BM-12)

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2-14

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Figura 2-14. Trayectoria de giro mínimo de semirremolque interestatal - Vehículo de diseño (BM-19)

Figura 2-15. Trayectoria de giro mínimo de semirremolque interestatal - Vehículo de diseño (BM-20)

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-15

Figura 2-16. Trayectoria de giro mínimo para la combinación de doble remolque - Vehículo de diseño (WB-20D)

Figura 2-17. Trayectoria de giro mínimo de las Montañas Rocosas de combinación de doble remolque –Vehículo de diseño (WB28D)

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2-16

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Figura 2-18. Trayectoria de giro mínimo de combinación triple-remolque - Vehículo de diseño (WB-30T)

Figura 2-19. Trayectoria de giro mínimo para combinación turnpike-doble - Vehículo de diseño (WB-S3D)

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-17

Figura 2-20. Trayectoria de giro mínimo de Motor Home - Vehículo de diseño (MH)

Figura 2-21. Trayectoria de giro mínimo para vehículos de pasajeros y remolque Camper Vehículo de diseño (P/T)

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2-18

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Figura 2-22. Trayectoria de giro mínimo para vehículos de pasajeros y remolque de barco -Vehículo de diseño (P/B)

Figura 2-23. Trayectoria de giro mínimo para hogar de motor y remolque de barcos Vehículo de diseño (MH/B)

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño 2.1.3

2-19

Rendimiento del vehículo

A menudo, las capacidades de aceleración y desaceleración de los vehículos son parámetros críticos del diseño geométrico vial, y suelen gobernar las dimensiones de las características de diseño, tales como intersecciones, ramas de autopistas, carriles de ascenso o de adelantamiento, apartaderos y bahías para ómnibus. Los datos siguientes no tienen el propósito de representar el rendimiento promedio de las clases de vehículos específicos, sino más bien vehículos de bajo rendimiento, adecuados para el diseño de aplicaciones, tales como un coche compacto de baja potencia y un camión de carga u ómnibus. De las Figuras 2-24 [NCHRP Report 270 (37)] y 2-25 es evidente la posibilidad de aceleraciones y desaceleraciones relativamente rápidas, a pesar de que puedan ser incómodas para los pasajeros. Además, debido a los rápidos cambios en las características de manejo del vehículo, los datos actuales sobre aceleración y desaceleración podrían convertirse pronto en obsoletos. Ver NCHRP Report 400. Determinación de distancias visuales de detención (16). Cuando un camino se encuentra en un área de recreo deben considerarse las características de operación de los vehículos recreativos.

Figura 2-24. Aceleración de los coches de pasajeros, condiciones a nivel

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2-20

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Figura 2-25. Distancias de desaceleración de vehículos de pasajeros aproximándose a intersecciones

2.1.4

Contaminación vehicular

Los contaminantes emitidos por los vehículos a motor y de sus repercusiones en los usos del suelo adyacente a los caminos son factores que influyen en el proceso de diseño vial. A medida que un vehículo se desplaza emite contaminantes a la atmósfera y transmite ruido a la zona circundante. El proyectista debe reconocer estos impactos y evaluarlos al seleccionar opciones adecuadas de transporte. Muchos factores afectan la velocidad de emisión de contaminantes de los vehículos, incluyendo mezcla de vehículos, velocidad, temperatura del aire ambiente, distribución de edades vehiculares, y el porcentaje de vehículos que funcionan en un modo frío. El proyectista también debe considerar la contaminación acústica; el ruido es un sonido no deseado que se entromete en o interfiere actividades como conversar, pensar, leer o dormir. El sonido puede existir sin gente, el ruido no. El ruido del motor de un vehículo es generado por la operación mecánica del vehículo y su equipo, por su aerodinámica, por la acción de los neumáticos sobre el pavimento o al pasar por franjas sonoras, y, en las zonas metropolitanas, por el chirrido de los frenos, bocinas, estéreos ruidosos, y las sirenas de los vehículos de emergencia. Los camiones y vehículos de pasajeros son los principales productores de ruido en los caminos del país. Las motocicletas son también un factor a considerar por el rápido aumento de su número en los últimos años. Los modernos coches de pasajeros son relativamente tranquilos, sobre todo a las velocidades de crucero inferiores, pero existen en cantidades tales que hacen significativa su contribución total al ruido. Si bien el ruido producido por los automóviles aumenta dramáticamente con la velocidad, las pendientes pronunciadas tienen poca influencia sobre el ruido de los vehículos de pasajeros. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-21

Para automóviles, el ruido producido en condiciones normales de operación es fundamentalmente en el sistema de escape del motor y la interacción neumático-camino; durante el viaje a velocidades constantes, el ruido del vehículo es producido principalmente por la interacción neumático-pavimento con algo de ruido de viento añadido, pero el sistema del vehículo automotor contribuye con poco ruido adicional. En condiciones de aceleración máxima, el ruido del sistema de motor puede ser predominante. Particularmente los camiones diésel generan los mayores niveles de ruido en el camino, y los motores más potentes producen más ruido. Los niveles de ruido de camiones no están muy influidos por la velocidad, ya que otros factores (incluyendo el ruido de aceleración) suelen aportar una parte importante del total de ruido. Las pendientes empinadas pueden aumentar sustancialmente los niveles de ruido de los camiones grandes. La calidad de ruido varía con el número y condiciones de operación de los vehículos, mientras que la direccionalidad y la amplitud del ruido varían con las características del diseño. El proyectista debería preocuparse por cómo la ubicación y diseño del camino influyen en el ruido de los vehículos percibido por las personas que residen o trabajan cerca. 2.2

DESEMPEÑO DEL CONDUCTOR Y FACTORES HUMANOS

2.2.1

Introducción

La consideración del comportamiento del conductor es esencial para el diseño y operación adecuados de los caminos. La idoneidad de un diseño descansa tanto en la eficacia con que los conductores sean capaces de utilizar el camino, como en cualquier otro criterio. Cuando los conductores utilizan un camino compatible con sus capacidades y limitaciones, su rendimiento es ayudado y mejora. Cuando es incompatible con las capacidades de los conductores, la oportunidad de errores de conducción y accidentes aumenta, y puede resultar una operación ineficiente. Esta sección incluye información sobre el desempeño del conductor, útil para ingenieros viales especializados en diseño y operación vial. Se describen los desempeños de los conductores al interactuar con el camino y su sistema de información, y por qué se cometen errores. El material se basa en gran de la Guía del usuario para orientación positiva (12), que informa sobre los atributos del conductor, las tareas de conducir, y el manejo de información por parte del conductor. Cuando la orientación positiva se aplica al diseño, los conductores competentes -con caminos bien diseñadas e información adecuada- pueden desempeñarse eficientemente, con pocas probabilidades de involucrarse accidentes. A su vez, los caminos bien diseñados y operados orientan positivamente a los conductores. El Transportation Research Record 1281 “Factores Humanos e Investigación de Seguridad Relacionada con el Diseño y Operaciones de Autopistas” (36), da más información. 2.2.2

Conductores y peatones ancianos

Al principio del siglo 20, aproximadamente un 4% de la población de EUA era de 65 años o más. Se prevé que este grupo -que hace poco representó el 15% de los conductores- crezca el 22% por el año 2030. Los conductores y peatones ancianos son un segmento importante y creciente de la población de usuarios viales, con una variedad de capacidades disminuidas relacionadas con la edad. La movilidad de los usuarios viales ancianos debe tener cabida en el diseño de los caminos donde fuere práctico.

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Los conductores ancianos tienen necesidades especiales a tener en cuenta en el diseño y control del tránsito. Por ejemplo, por cada década después de los 25 años, los conductores necesitan el doble de brillo en la noche para recibir la información visual. Por lo tanto, a los 75 años, algunos conductores pueden necesitar 32 veces el brillo necesitaron a los 25 años. La investigación demuestra que los mejoramientos en el sistema vial para su facilidad de uso por parte de los conductores y peatones ancianos también mejora el sistema para todos los usuarios. Así, los proyectistas e ingenieros deben tener en cuenta las capacidades y necesidades de los usuarios viales ancianos y considerar medidas adecuadas para ayudar a su desempeño. Un informe de la FHWA Manual de Diseño Vial para Conductores y Peatones Ancianos (34), informa sobre cómo los elementos de diseño geométrico y dispositivos de control de tránsito pueden modificarse para satisfacer mejor las necesidades y capacidades de los usuarios de mayor edad. 2.2.3 Tarea de conducir La tarea de conducir depende de la correcta recepción y utilización de la información dada por el camino, la cual comparan con la que ya poseen. Los conductores toman decisiones de acción y control sobre la base de la información disponible para ellos. La conducción comprende una serie de actividades discretas e interrelacionadas. Cuando se agrupan según su rendimiento, los componentes de la tarea de conducir cae en tres niveles: control, orientación y navegación. Estas actividades se enumeran en orden creciente de complejidad de la tarea, y en orden decreciente de importancia para una conducción segura. Maniobrar el volante de sentido y controlar la velocidad están en el nivel básico de la escala (control). Seguir el camino y la trayectoria en respuesta a las condiciones del tránsito está en el nivel medio de la escala (orientación). En el nivel más complejo está planificar el viaje y seguir la ruta (navegación). La tarea de conducir puede ser compleja y exigente, y varias actividades individuales pueden necesitar desarrollarse simultáneamente, junto con el suave y eficiente procesamiento de la información. A menudo la conducción se realiza a altas velocidades, bajo presión de tiempo, en lugares desconocidos, y en condiciones ambientales adversas. En otros tiempos puede ser tan sencilla y poco exigente que puede aburrir y distraer al conductor. Una clave para el rendimiento eficaz del conductor en esta amplia gama de situaciones es el manejo de información libre de errores. Los errores de conducción resultan de muchos factores: conductor, vehículo, camino, y tránsito. Algunos errores se deben a que los conductores no siempre pueden reconocer qué acciones son adecuadas en determinadas situaciones de tránsito, situaciones que pueden conducir a una sobrecarga de tareas o falta de atención, y los diseños deficientes o incoherentes o la información provista puede ser confusa. Los errores del conductor también pueden resultar de la complejidad de las decisiones, profusión de información, o falta de tiempo para responder. Los errores de control y orientación de los conductores también pueden contribuir directamente a los accidentes. Además, los errores de navegación de los conductores pueden causar demoras, contribuir a operaciones ineficientes, y conducir indirectamente a los choques. 2.2.4

Tarea de orientación

De los tres componentes principales de la tarea de conducción, diseño vial y operaciones de tránsito tiene el mayor efecto en la orientación. Una apreciación del componente de orientación de la tarea de conducir es necesaria por el proyectista del camino para ayudar el rendimiento del conductor.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-23

Ubicación en carril y seguimiento del camino Las decisiones de ubicación en carril y seguimiento del camino -incluyendo juicios sobre manejo del volante de sentido y control de la velocidad- son básicos para la conducción. Los conductores utilizan un proceso de retroalimentación para seguir el alineamiento y pendiente según las limitaciones del camino y las condiciones ambientales. Las decisiones de elusión de obstáculos se integran en la ubicación en el carril y en las actividades de seguimiento del camino. Esta parte de la tarea de nivel de orientación se realiza continuamente, sin tránsito (singular) o cuando se comparte con otras actividades (integrada). Seguimiento de coche El seguimiento de coche es el proceso por el cual los conductores guían sus vehículos al seguir a otro vehículo. Las decisiones de seguimiento de coche son más complejas que las de seguimiento de camino, porque implican modificaciones del control de velocidad. En el seguimiento de coche los conductores deben modificar constantemente su velocidad para mantener intervalos de seguridad entre los vehículos. Para proceder con seguridad, tienen que evaluar la velocidad del vehículo adelante, y la velocidad y posición de otros vehículos en el flujo de tránsito, y continuamente detectar, evaluar y responder a los cambios. Maniobras de adelantamiento La decisión conductor para iniciar, continuar o completar una maniobra de adelantamiento es aún más compleja que las decisiones involucradas en la ubicación en carril o seguimiento de coche. Las decisiones de adelantamiento implican modificaciones en el comportamiento de seguimiento de camino y vehículo, y en control de velocidad. Al adelantarse, los conductores deben juzgar el potencial de velocidad y aceleración de su propio vehículo, la velocidad del vehículo a sobrepasar, y la velocidad y distancia del vehículo de sentido opuesto que se aproxima, y la presencia de un claro aceptable en la corriente de tránsito. Otras actividades de orientación Otras actividades incluyen orientación convergencias, cambio de carril, evitación de peatones, y respuesta a los dispositivos de control de tránsito. Estas actividades también implican complejas decisiones, juicios y predicciones. 2.2.5

Sistema de información

Cada elemento que informa a los conductores es parte del sistema de información vial. Las fuentes formales de información son los dispositivos de control de tránsito, específicamente diseñados para mostrar información a los conductores. Las fuentes informales incluyen elementos tales como características de los caminos y el diseño del camino, juntas de pavimento, líneas de árboles, y el tránsito. Las fuentes formales e informales informan a los conductores lo necesario para conducir con eficacia. Las fuentes de información se interrelacionan, y deben reforzarse y aumentarse mutuamente para ser más útiles. Dispositivos de control de tránsito Los dispositivos de control de tránsito informan datos sobre orientación y navegación, datos a menudo no disponibles o aparentes de otra manera. Tales dispositivos incluyen advertencias de regulación, señales de guía, y otra información de guía de rutas. Otros dispositivos de control de tránsito, como las marcas y delineación, muestran información adicional que aumenta características particulares de la calzada o entorno, y ayudan a los conductores a percibir la información que de otro modo podrían pasar por alto, o ser difíciles de reconocer. Ver Manual de Dispositivos Uniformes de Control de Tránsito (19).

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La calzada y su entorno La selección de velocidades y trayectorias depende de si los conductores son capaces de ver el camino adelante. Los conductores deben ver el camino justo delante de sus vehículos, y con antelación suficiente como para percibir el alineamiento, rasante, y otros aspectos relacionados con la calzada. La vista del camino también incluye el ambiente inmediatamente adyacente a la calzada. Anejos, tales como las banquinas y los obstáculos en camino (incluidos los soportes de signos, pilares de puentes, pilares, barandas y barreras mediana) afectan el comportamiento al volante y, por lo tanto, debe ser claramente visible para el conductor. 2.2.6

Manejo de la información

Los conductores utilizan mucho de sus sentidos para reunir información; la mayoría de la información la reciben visualmente de marcas y señales, desde su punto de vista en el alineamiento vial. También detectan cambios en el manejo del vehículo a través del instinto; por ejemplo, al sentir la textura del pavimento a través de las vibraciones en el volante y el oír de las sirenas de vehículos de emergencia. A lo largo de la tarea de conducción, los conductores realizan varias funciones casi simultáneamente. Miran a las fuentes de información, toman numerosas decisiones y realizan acciones de control adecuadas. Las fuentes de información (algunas necesarias, otros no) compiten por su atención. La información debe estar en el campo de vista del conductor, disponible cuando y donde fuere necesario, disponible en forma utilizable, y capaz de captar atención. Debido a que los conductores sólo pueden atender una fuente de información visual a la vez, integran los varios datos de información y mantienen conciencia de los cambios del entorno a través de un proceso de atención compartida. Los conductores muestrean la información visual obtenida en miradas de duración, cambiando su atención de una fuente a otra. Toman algunas decisiones inmediatamente, y demoran otras, mediante la confianza en el juicio, estimación y predicción, para llenar las lagunas en la información disponible. Tiempo de reacción Toma tiempo procesar información. Los tiempos de reacción de los conductores aumentan como en función de la complejidad y de la cantidad de información a procesar. Además, a mayor duración del tiempo de reacción, mayor es la posibilidad de error. Johannson y Rumar (27) midieron el tiempo de reacción de frenado para sucesos esperados e inesperados. Sus resultados muestran que cuando se prevé un suceso, los promedios de tiempo de reacción son de unos 0.6 s, con algunos que demoran 2 s. Con sucesos inesperados, los tiempos de reacción aumentaron en un 35%. Así, para una inesperada simple decisión y reacción, algunos conductores pueden llegar a tardar hasta 2.7 s para responder. Una decisión compleja con varias opciones puede tardar varios segundos más que una simple decisión. La Figura 2-26 muestra esta relación para conductores medios, mientras que la figura 2-27 muestra esta relación para los conductores del 85º percentil. Las cifras cuantifican la información a procesar en bits. Los largos tiempos de procesamiento disminuyen el tiempo disponible para atender otras tareas y aumentan la posibilidad de error. Los diseños viales deben tener en cuenta los tiempos de reacción. Se debe reconocer que los conductores varían en sus respuestas a hechos particulares y toman más tiempo para responder cuando las decisiones son complejas o los sucesos inesperados. Los Informes NCHRP 600ª y 600B (14. 15) informan sobre los hechos y conocimiento de los usuarios viales para facilitar la toma de adecuadas decisiones de diseño y operacionales.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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Figura 2-26. Tiempo de reacción de conductor medio ante información esperada e inesperada

Figura 2-27. Tiempo de reacción del 85º percentil ante información esperada e inesperada

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Primacía Primacía indica la importancia relativa a la seguridad de información competitiva. El control del conductor y la información de orientación son más importantes porque los errores relacionados pueden contribuir directamente a choques. La información de navegación tiene una primacía menor porque los errores de los conductores pueden conducir a un flujo de tránsito ineficiente, pero menos propensos a conducir a choques. En consecuencia, el diseño debe centrar la atención de los conductores en los elementos de diseño y en fuentes de alta prioridad que informen sobre control y orientación. Este objetivo puede alcanzarse mediante la provisión de líneas de visión claras y buena calidad visual. Expectativa Las expectativas del conductor se forman por su experiencia y formación. Las situaciones que se producen habitualmente en la misma forma, y las respuestas exitosas a estas situaciones, se incorporan en cada almacén de conocimiento del conductor. La expectativa se relaciona con la probabilidad de que un conductor responda a situaciones comunes de forma predecible, que comprobó ser exitosas en el pasado. La expectativa afecta a cómo los conductores perciben y manejan la información, y modifican la velocidad y naturaleza de sus respuestas. Las expectativas reforzadas ayudan a los conductores a responder rápida y correctamente. Las situaciones inusuales, únicas, o poco comunes que violan las expectativas pueden causar mayores tiempos de respuesta, respuestas inadecuadas, o errores. La mayoría de las características de diseño vial son suficientemente similares como para crear expectativas de conductor en relación con las características geométricas comunes, operativas, y la ruta. Por ejemplo, porque la mayoría de los distribuidores de autopistas tienen salidas situadas en el lado derecho del camino, los conductores generalmente esperan para salir desde la derecha. Este desempeño ayudas al permitir respuestas rápidas y correctas durante las salidas de la derecha son para ser negociados. Hay, sin embargo, casos en los que se violan las expectativas. Por ejemplo, si una rama de salida está a la izquierda, entonces la expectativa de derecho en la salida no es correcta, y los tiempos de respuesta pueden ser alargados o cometido errores. Una de las formas más importantes para ayudar al comportamiento del conductor es el desarrollo de diseños de acuerdo con sus expectativas prevalentes. Se deben evitar diseños inusuales, y los elementos de diseño deben aplicarse de manera coherente a lo largo de todo un camino, y de uno a otro elemento. Cuando los conductores obtienen la información que esperan del camino y de sus dispositivos de control de tránsito, su rendimiento tiende a liberarse de errores. Si no obtienen lo que esperan, u obtienen lo que no esperan, pueden resultar errores. 2.2.7 Error del conductor Una característica común de muchos lugares de frecuentes choques es que imponen grandes o inusuales demandas sobre las capacidades de procesamiento de información de los conductores; la operación ineficiente y los choques suelen ocurrir donde y cuando las demandas de procesar información son altas, y la posibilidad de error del conductor crece.

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Errores debidos a deficiencias del conductor Muchos errores de conducción se deben a deficiencias en la capacidad de un conductor o estados temporales que, junto con diseños inadecuados o situaciones difíciles de tránsito, puede producir un fallo del juicio. Por ejemplo, la falta de experiencia y formación pueden contribuir a la incapacidad del conductor para recuperarse de un resbalón. Del mismo modo, el riesgo inadecuado tomado por los conductores puede conducir a errores en la aceptación de claros para adelantarse (18). Además, la pobre recuperación al deslumbramiento durante la noche puede causar en los conductores ancianos la pérdida de información (33). Los estados psicofisiológicos adversos también dar lugar a fallos del conductor. Entre ellos la disminución del rendimiento causada por alcohol y drogas, para lo cual se establecieron irrefutables vínculos con los choques. Los efectos de la fatiga causada por la falta de sueño durante largos períodos de conducción sin descanso o exposición prolongada a ambientes monótonos, o ambos, también contribuyen a los accidentes (35). Generalmente no es posible para un procedimiento de diseño u operacional reducir los errores causados por deficiencias innatas del conductor. Sin embargo, los diseños deben ser tan indulgentes como sea posible para disminuir las consecuencias de estos fallos. Los errores cometidos por los conductores competentes pueden reducirse mediante el diseño y operación adecuados. La mayoría de los individuos poseen los atributos y habilidades para conducir correctamente y no están borrachos, drogados, o fatigados al comienzo de sus viajes. Cuando los conductores se exigen demasiado, no toman descansos adecuados, o conducen durante períodos prolongados, en última instancia alcanzan un estado menos que competente. Los conductores fatigados representan una parte considerable de la población conductora de largos viajes y deben considerarse en el diseño vial. A pesar de que las opiniones entre los expertos no son unánimes, hay acuerdo general en que la edad tiene un efecto perjudicial sobre las habilidades de percepción, mentales y motoras de los individuos. Estas habilidades son factores críticos en la operación vehicular. Por lo tanto, es importante para el proyectista ser consciente de las necesidades del conductor anciano y, en su caso, tener en cuenta estas necesidades en el diseño vial. Parte de la información más importante y observaciones de los estudios de investigación sobre los conductores ancianos (34) se resumen a continuación: 1.         

Características de los conductores ancianos - En comparación con los conductores más jóvenes, a menudo los ancianos presentan deficiencias operacionales: procesamiento de información más lento tiempos de reacción más lentos toma de decisiones más lentas deterioro visual deterioro auditivo disminución de la capacidad para juzgar tiempo, velocidad y distancia percepción de profundidad limitada movilidad física limitada efectos secundarios de medicamentos recetados

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2. Frecuencia de choques - Los conductores ancianos están involucrados en un número desproporcionado de choques donde haya una demanda superior a la media impuesta sobre la capacidad de conducción. Las maniobras de conducción que más a menudo precipitan las frecuencias más altas de accidentes entre los conductores ancianos son:  girar a la izquierda a través del tránsito opuesto  convergencia con tránsito de alta velocidad  cambiar de carril para girar en calles congestionadas  cruzar una intersección de alto volumen  detenerse rápidamente para el tránsito en cola  estacionamiento 3. Contramedidas - Las contramedidas siguientes pueden facilitar la conducción de los conductores ancianos:  evaluar todas las guías para considerar la viabilidad de diseñar para el conductor del 95º o 99º percentil, según proceda, para representar las capacidades de rendimiento de un conductor anciano  mejorar la distancia visual mediante la modificación de los diseños y la eliminación de obstrucciones, especialmente en las intersecciones y distribuidores  proveer distancias visuales de decisión  simplificar y rediseñar intersecciones y cruces que involucren la recepción y procesamiento de información múltiple  considerar diseños alternativos para reducir los conflictos  aumentar el uso de fases protegidas de la señal de giro-izquierda  aumentar los intervalos entre vehículos en las intersecciones semaforizadas  dar mayor tiempo de cruce a los peatones  proveer marcas de pavimento más grandes y brillantes  proveer señales más grandes y brillantes  reducir los racimos de señales  proveer más información redundante, como señales de guía para anticipar nombres de la calle, indicaciones de carriles de giro próximos, y flechas en ángulo recto antes de una intersección donde la ruta gira o cuando se necesita información direccional  proveer franjas sonoras de línea central y de borde de banquina  proveer intersecciones canalizadas  reducir la oblicuidad de las intersecciones  hacer cumplir los límites de velocidad  incrementar la educación vial En el diseño vial, tal vez la medida más práctica relacionada con un mejor acomodamiento de los conductores ancianos es aumentar la distancia visual, lo que puede conseguirse mediante un mayor uso de la distancia visual de decisión. El envejecimiento progresivo de la población de conductores sugiere que el uso creciente de la distancia visual de decisión puede ayudar a reducir las futuras frecuencias de choques de los conductores ancianos. Donde fuere impracticable proveer distancia visual de decisión, puede ser adecuado el uso creciente de señales de advertencia anticipada o de orientación.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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Errores debidos a demandas de la situación Los conductores suelen cometer errores cuando tienen que realizar simultáneamente varias tareas muy complejas bajo extrema presión del tiempo (11). Usualmente los errores de este tipo ocurren en lugares urbanos con puntos de decisión muy próximos entre sí, uso intensivo de la tierra, características de diseño complejo, y tránsito pesado. El procesamiento de la información más allá de las capacidades de las capacidades de los conductores puede causar sobrecarga de información o confusión, lo que redunda en una incomprensión de la situación. Otras ubicaciones presentan la situación opuesta y están asociadas con diferentes tipos de errores de los conductores. Por lo general se trata de lugares rurales donde puede haber puntos de decisión ampliamente espaciados, escaso uso del suelo, alineamiento suave, y tránsito liviano. Por lo tanto, las demandas de información son mínimas, y en lugar de una sobrecarga de información, la falta de información y solicitudes de toma de decisiones puede resultar en la falta de atención de los conductores. Los errores de conducción pueden deberse a una disminución del estado de vigilancia, por lo que el conductor no detecta, reconoce o responder a situaciones nuevas, infrecuentes, o elementos inesperados de diseño, o fuentes de información. 2.2.8

Velocidad y diseño

La velocidad reduce el campo visual, restringe la visión periférica, y limita el tiempo disponible para recibir y procesar información. Los caminos construidos para altas velocidades ayudan a compensar estas limitaciones mediante la simplificación y control de las actividades de orientación, ayudando a los conductores con la información adecuada, colocando esta información en el abocinamiento de visión clara, eliminando gran parte de la necesidad de la visión periférica, y simplificando y espaciando las decisiones para disminuir las demandas de procesamiento de información. Los actuales diseños de autopistas casi alcanzaron el objetivo de permitir a los conductores manejar a altas velocidades con comodidad y baja probabilidad de accidentes. El control de acceso a la calzada reduce la posibilidad de conflictos al dar a los conductores un camino despejado. Mediante la eliminación de obstáculos fijos laterales o diseñándolas más indulgentes se proveen zonas despejadas para la recuperación de los vehículos accidentalmente desviados desde la calzada. Las autopistas modernas constan de alineamientos horizontal y vertical, y secciones transversales que, junto con otros factores, fomentan altas velocidades de operación. Aunque el mejoramiento del diseño generó importantes beneficios, también se crearon potenciales problemas. Por ejemplo, a altas velocidades durante la noche puede disminuir la visión hacia adelante debido a la incapacidad de los faros para iluminar los objetos con tiempo suficiente para reaccionar (10). La gravedad de los choques es mayor a mayor velocidad, teóricamente en proporción cuadrática. El ITE (26) señala que “las autopistas alientan a extender la longitud de los viajes, lo que resulta en la fatiga del conductor y tiempos de reacción más lentos, y reducción de la atención y vigilancia.” Los períodos prolongados de conducción a alta velocidad en caminos con baja demanda de procesamiento de información pueden disminuir el manejo adecuado de la información, lo que puede llevar a la fatiga del conductor. El diseño vial debe tener en cuenta los siguientes efectos adversos potenciales, y tratar de disminuir sus consecuencias.

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Por ejemplo, cuando fuere práctico deben evitarse los largos tramos planos y rectos mediante alineamientos planos y curvos que sigan los contornos naturales del terreno. Las zonas de descanso separadas a intervalos de aproximadamente una hora o menos de tiempo de conducción también demostrado ser beneficiosas. 2.2.9

Evaluación del diseño

Las Secciones 2.2.1 a 2.2.7 describieron la forma en que los conductores usan la información provista por el camino y sus accesorios. Se puso de manifiesto la interdependencia entre diseño y visualización de información. Ambos deben ser evaluarse en el diseño vial. Debido a que los conductores “leen” el camino y el entorno adyacente y toman decisiones basándose en lo que ven (incluso si los dispositivos de control de tránsito del sistema de información formal indican incoherencias con la vista del conductor), un segmento de camino inadecuadamente diseñado no puede operar como se prevé. Por el contrario, un camino diseñado adecuadamente puede no funcionar correctamente sin el complemento adecuado de los dispositivos de control de tránsito. Los proyectistas deben considerar cómo el camino va a encajar en el paisaje existente, cómo el camino debe ser señalizarse, y el grado en que el sistema de información complementa y aumenta el diseño propuesto. El punto de vista del camino es muy importante, sobre todo para el conductor desconocido. Se deben tener en cuenta las cualidades visuales del camino, lo cual puede conseguirse mediante el uso de programas 3-D programas de visualización. Los lugares proclives a sobrecargar la información deben identificarse y corregirse. Debe evaluarse la adecuación de las líneas de visión y las distancias visuales, y si son necesarias maniobras inusuales de los vehículos, y si pueden violarse las expectativas de los posibles conductores. El comportamiento del conductor potencial puede preverse mediante la información sobre las tareas de conducción y posibles errores del conductor. Cuando las compensaciones son adecuadas, debe diseñarse con las capacidades de los conductores en la mente, para que el diseño resultante sea compatible con esas capacidades. Los caminos bien diseñados que dan orientación positiva pueden operar a un alto nivel de eficiencia y con pocos accidentes; por lo tanto, los proyectistas deberían incorporar estos principios en el diseño vial, 2.3

CARACTERÍSTICAS DE TRÁNSITO

2.3.1

Consideraciones generales

El diseño de un camino y sus funciones, deberá considerar explícitamente los volúmenes de tránsito y las características del tránsito. Toda la información debe ser considerada en forma conjunta. Financiación, la calidad de las fundaciones, la disponibilidad de materiales, el costo de zona de camino, y otros factores tienen una influencia importante en el diseño, sin embargo, el volumen de tránsito puede indicar la necesidad de mejorar e influyen directamente en la selección de las características de diseño geométrico, como el número de carriles, anchos, alineamientos y pendientes. Los datos de tránsito para un camino o un tramo de camino están generalmente disponibles o pueden ser obtenidos a partir de estudios de campo. Los datos recogidos por las agencias estatales o locales incluyen los volúmenes de tránsito para los días del año y la hora del día, así como la distribución de vehículos por tipo y peso. Los datos también incluyen información sobre las tendencias de la que el proyectista puede calcular el tránsito que se espera en el futuro.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño 2.3.2

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Volumen

Transito medio diario La medida más básica de la demanda de tránsito en un camino es el volumen del tránsito medio diario, TMD, el cual se define como el volumen total durante un período de tiempo dado en días enteros, entre 1 y 365. dividido por el número de días en ese lapso. Se puede se puede determinar fácilmente cuando se dispone de recuentos volumétricos continuos. Cuando sólo se tomen periódicos, el TMD se puede estimar mediante el ajuste de los recuentos periódicos de acuerdo con factores tales como estación, mes, o día de semana. Importa conocer el TMD para muchos propósitos, tales como determinar el uso anual del camino para justificar los gastos propuestos o diseñar los elementos de la sección transversal. Sin embargo, no es adecuado usar directamente el TMD en el diseño geométrico vial, excepto de los caminos locales y colectores con volúmenes relativamente bajos, ya que no indica las variaciones de volumen de tránsito que se producen durante los meses diferentes del año, día de la semana, y horas del día. La cantidad en que se supera el volumen de un día normal en ciertos días es considerable y variada. En ubicaciones típicas rurales, el volumen en ciertos días puede ser significativamente mayor que el TMD. Así, un camino diseñado para el tránsito en un día promedio tendría que llevar un volumen mayor que el volumen de diseño para una parte considerable del año, y muchos días el volumen transportado sería mucho mayor que el volumen de diseño. Horas pico de tránsito Los volúmenes de tránsito para un lapso más corto que un día reflejan mejor las condiciones de operación a utilizar en el diseño. Los breves y frecuentemente repetidos de hora pico a la entrada y salida del trabajo son significativos; en casi todos los casos, un período práctico y adecuado es de una hora. El patrón de tránsito en un camino muestra una variación considerable en los volúmenes de tránsito durante las diferentes horas del día, y en los volúmenes de cada hora durante todo el año. Una decisión de diseño clave consiste en determinar cuáles de estos volúmenes de tránsito horario debe utilizarse como base para diseñar. Aunque sería un desperdicio predicar el diseño para la máxima hora-pico anual, la utilización del tránsito horario promedio por hora resultaría en un diseño inadecuado. El volumen horario de tránsito utilizado en el diseño debe ser un valor que no se excederá muy a menudo o por mucho. Por otra parte, no debe ser un valor tan alto que el tránsito rara vez fuera suficiente como para hacer un uso completo de la instalación resultante. Una guía para determinar el volumen horario de tránsito más adecuado para usar en el diseño es una curva que muestra la variación del volumen de tránsito horario durante el año. La Figura 2-28 muestra la relación entre los volúmenes horarios más altos por hora y el TMD en caminos arteriales rurales; la relación surgió del análisis de los datos de censo de tránsito de un amplio rango de volúmenes y condiciones geográficas. Las curvas se graficaron disponiendo todos los volúmenes horarios durante un año, expresados como porcentaje del TMD, en un orden decreciente de magnitud. La curva media es el promedio de todos los lugares estudiados y representa un camino con fluctuación promedio del flujo de tránsito. Sobre la base de una revisión de estas curvas, para el diseño se recomienda utilizar el volumen horario de tránsito de la 30ª hora de mayor volumen del año, 30 VH.

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Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles Figura 2-28. Relación entre el volumen de tránsito en horas pico y media diaria en arterias rurales

La razonabilidad del 30 VH como control de diseño resulta de los cambios que se deducen de elegir un volumen algo mayor, o algo menor. La curva de la figura 2-28. que se agudiza rápidamente a la izquierda del punto 30ª, muestra unas pocas horas con volúmenes horarios más altos. La curva se aplana a la derecha de la hora 30ª, y muchas horas indican que su volumen no es mucho menor que el 30 VH. En los caminos rurales con fluctuación media del flujo de tránsito, el 30 VH es aproximadamente el 15% del TMD. Si este volumen horario es o no muy bajo para diseñar, puede juzgarse por las 29 horas del año que lo superan. El volumen horario máximo -aproximadamente 25% del TMD en el gráfico- excede 30 VH en un 67%. Si el 30 VH es muy alto para la economía práctica del diseño, puede entonces juzgarse por la tendencia de los volúmenes horarios menores que la mayor 30ª hora. En la figura, la curva del medio indica el volumen de tránsito un 11.5% superior del TMD durante 170 horas de todo el año. El valor más bajo de este rango de volúmenes horarios es aproximadamente 23% menor que el 30 VH. Otra característica afortunada del 30 VH es que, como porcentaje del TMD, por lo general varía ligeramente de año a año, a pesar de que el TMD pueda cambiar sustancialmente. En general el aumento del TMD resulta en una ligera disminución en el porcentaje de TMD durante el 30 VH. Así, el porcentaje de TMD utilizado para determinar el 30 VH a partir de los datos de tránsito actuales para una instalación dada puede utilizarse con confianza al calcular el 30 VH a partir de un determinado volumen de TMD previsto en algún año futuro. Esta coherencia entre actual y futuro puede no ser aplicable cuando hay un cambio radical en el uso del suelo de la zona servida por el camino. En los casos en que pueda preverse el carácter y magnitud del desarrollo futuro, la relación de 30 VH a TMD puede basarse en la experiencia con otros caminos en zonas de similar uso de la tierra. Para el diseño vial, la variación del volumen horario de tránsito debe medirse por porcentaje de TMD durante la hora 30ª más alta determinada. Donde estas mediciones sean impracticables y sólo se conozca el TMD, el 30 VH debe estimarse a partir de los factores porcentuales de la hora 30ª para caminos y condiciones de operación similares. En un camino arterial típico, el 30 VH es alrededor del 15% de los TMD, y el volumen horario máximo es alrededor del 25% del TMD. Como se indica en la figura 2-28. el 30 VH a 70% de todos los sitios, excepto los que tienen fluctuación inusualmente alta o baja en el flujo de tránsito, está en el intervalo de 12 a 18% del TMD. Igualmente, el rango de los volúmenes horarios máximos para los mismos grupos de caminos varía aproximadamente entre 16 y 32% del TMD. Estos criterios se aplican para diseñar la mayoría de los caminos rurales. Sin embargo, hay caminos con inusuales o altas fluctuaciones estacionales del flujo de tránsito, tales como caminos de paseo turístico en los que el tránsito de fin de semana durante algunos meses del año supera con mucho el tránsito durante el resto del año.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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Las fluctuaciones estacionales resultan en altos volúmenes de hora-pico de altos volúmenes relativos a TMD, altos porcentajes para horas de alto volumen, y bajos porcentajes para horas de bajo volumen. Debido a que el porcentaje representado por el 30 VH para un camino con grandes fluctuaciones estacionales puede no ser muy diferente que el porcentaje representado por el 30 VH en la mayoría de los caminos rurales, el criterio del 30 VH puede no ser adecuado para tales caminos. Un diseño que resulta en operaciones de tránsito algo menos satisfactorias durante los picos estacionales que en caminos rurales con fluctuaciones normales de tránsito, generalmente será aceptado por el público. Por otra parte, el diseño no debe ser tan económico que resulte en graves congestiones durante las horas pico; por lo tanto puede ser deseable elegir un volumen horario para diseño que sea alrededor del 50% los volúmenes previstos durante unas pocas horas más altas del año diseño, ya sea o no que el volumen iguale al 30 VH. Se experimentaría alguna congestión durante las horas pico, pero la capacidad no se excedería la capacidad. Debe comprobarse que el máximo tránsito horario previsto no supere la capacidad. Generalmente, el volumen horario de diseño VHD para caminos rurales debería ser el 30 VH del año futuro elegido para diseño. Se pueden hacer excepciones en caminos con tránsito de alta fluctuación estacional, donde pueda ser necesario usar un volumen horario diferente. El criterio 30 HV también se aplica en general a zonas urbanas; sin embargo, donde la fluctuación en el flujo de tránsito es notablemente diferente de la de los caminos rurales, otras horas del año deben considerarse como base para el diseño. En las zonas urbanas, un VHD adecuada puede determinarse a partir del estudio de tránsito durante los períodos de pico diario normales. Debido a los recurrentes flujos de tránsito pico de la mañana y tarde, usualmente hay poca diferencia entre los más altos volúmenes horarios entre los 30ª y 200ª. En condiciones urbanas típicas, el mayor volumen horario se halla durante el viaje vespertino de vuelta a casa. Un método para determinar un VHD adecuado es seleccionar el pico más alto de la tarde de cada semana, y luego promediar estos valores para las 52 semanas del año. Si los volúmenes de hora pico de la mañana para cada semana del año son menores que los de la tarde, el promedio de los volúmenes de hora pico de la 52 tardes semanales tendrían alrededor del mismo valor que el volumen de la 26ª hora más alta del año. Si los picos de la mañana son iguales que los de la tarde, la media de los picos de la tarde sería aproximadamente igual al 50ª volumen horario más alto. Los volúmenes representados por las horas 26ª y 50ª más altas del año no son suficientemente diferentes del valor 30 VH para afectar el diseño. Por lo tanto, en el diseño urbano, el 30º mayor volumen horario puede ser una representación razonable de las horas pico diarias durante el año. Las excepciones pueden ser adecuadas en zonas o lugares donde se concentran viajes de recreo o de otro tipo durante determinados períodos del año. En tales lugares, puede resultar una distribución del volumen de tránsito en el que los volúmenes horarios son muchos mayores que el 30 VH; en tales casos el 30 VH puede ser inadecuado como VHD, y en el diseño debe considerarse un valor más alto. Las mediciones específicas de volúmenes de tránsito deben hacerse y evaluarse para determinar el VHD adecuado.

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En el caso habitual, la futura demanda de viajes se determina a partir del proceso de planificación del transporte urbano en términos del total de viajes diarios asignados al sistema de transporte. En este proceso también se considera la escisión entre el transporte público y privado. Los viajes asignados constituyen los volúmenes de tránsito en los enlaces de la futura red de calles y caminos. En algunos casos, los volúmenes TMD se dan directamente a los proyectistas viales. En otros, son convertidos por el personal de estudios operacionales de transporte en volúmenes direccionales para la hora de diseño. Desde un punto de vista práctico, este aproximación puede ser más deseable porque a menudo el personal del estudio de transporte puede estar en posición para evaluar los efectos que las suposiciones inherentes al proceso de planificación tienen sobre los volúmenes de diseño resultantes. VHD de dos sentidos (es decir, el 30 VH, o su equivalente) puede determinarse mediante la aplicación de un porcentaje representativo (generalmente 8 a 12% en zonas urbanas) del TMD. En muchos casos este porcentaje, basado en los datos obtenidos en un programa de conteo de tránsito, se desarrolló y aplicó en todo el sistema; en otros casos, los factores pueden desarrollarse para diferentes clases de instalaciones o zonas diferentes de una región urbana, o ambos. Al menos un organismo vial desarrolló ecuaciones de regresión que representan la relación entre el flujo máximo y TMD; se aplican ecuaciones diferentes según el número de carriles y el rango de los volúmenes de TMD. 2.3.3

Distribución por sentidos

Para los caminos rurales de dos carriles, el VHD es el tránsito total en ambos sentidos de marcha. En el diseño de los caminos con más de dos carriles, y en caminos de dos carriles con intersecciones importantes o donde más adelante se proveerán carriles adicionales, el conocimiento del volumen horario de tránsito para cada sentido de la marcha es esencial. Un camino multicarril con alto porcentaje de tránsito en un sentido durante las horas pico puede necesitar más carriles que un camino con el mismo TMD, pero con un porcentaje menor de tránsito por sentidos. En la mayoría de los caminos rurales, durante las horas pico de 55 a 70% del tránsito viaja en el sentido pico, hasta tanto como el 80%, de vez en cuando. Las distribuciones por sentidos varían bastante entre los sitios en que dos caminos multicarriles que llevan tránsito igual pueden tener volúmenes máximos por sentido que difieren hasta en un 60%. Por ejemplo, considere un camino rural con un volumen de diseño de 4.000 vehículos por hora (vph) para ambos sentidos de viajes combinados. Si durante la hora de diseño, la distribución por sentidos se reparte en partes iguales, o 2000 vph en un sentido, pueden ser adecuados dos carriles en cada sentido. Si el 80% del VHD es en un sentido, por lo menos serían necesarios tres carriles en cada sentido para el vph 3.200, y si se aplica el criterio 1000-vehículos-por-carril, serían necesarios cuatro carriles en cada sentido. Generalmente la distribución del tránsito por sentido en horas pico por sentido de marcha es coherente día a día y año tras año en un camino rural dado, excepto en algunos caminos que sirven zonas recreativas. Excepto los caminos urbanos, generalmente la distribución por sentidos de tránsito medida para las condiciones actuales puede suponerse aplicable al VHD para el año futuro de diseño.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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La distribución del volumen horario de diseño por sentido en caminos multicarriles VHDS debe determinarse mediante mediciones de campo en el mismo camino, o en caminos paralelos o similares. En este caso, los caminos paralelos deben ser preferentemente en los cuales en su mayor parte el tránsito sería desviado al nuevo camino. El VHDS aplicable para su uso en instalaciones de varios carriles puede calcularse multiplicando el TMD por el porcentaje que 30 VH es del TMD, y luego por el porcentaje de tránsito en el sentido pico durante la hora de diseño. Así, si el VHD es 15% del TMD y la distribución por sentidos en la hora pico es 60:40, el VHDS es 0.15 x 0.6 x TMD, o 9% del TMD. Si el TMD por sentido se conoce para un solo sentido, el TMD es casi siempre el doble de la TMD por sentido. Al diseñar intersecciones y distribuidores deben conocerse los volúmenes de todos los movimientos que se producen durante la hora de diseño. Se necesita esta información para los períodos pico de mañana y tarde dado que el patrón de tránsito de horas pico puede cambiar significativamente entre períodos. Normalmente, un diseño se basa en el VHD, el cual se acomoda durante la hora pico de la mañana en un sentido y durante la hora pico de la tarde en el otro. Los volúmenes totales (dos vías) pueden ser los mismos durante ambos picos, pero la relación de porcentajes de tránsito en los dos sentidos de marcha se invierte. En las intersecciones, el porcentaje de tránsito que se acerca para girar a la derecha y a la izquierda de cada ramal de intersección debe determinarse por separado para los períodos pico de la mañana y de la tarde. Esta información debe determinarse a partir de conteos reales, de datos origen y destino, o ambos. 2.3.4

Composición del tránsito

Los vehículos de diferentes tamaños y pesos tienen diferentes características de operación, que deben considerarse en el diseño vial. Además de ser más pesados, generalmente los camiones son más lentos y ocupan más espacio. En consecuencia, los camiones tienen un mayor efecto individual sobre la operación del tránsito que los vehículos de pasajeros. El efecto sobre las operaciones de tránsito de un camión equivale a menudo a varios automóviles. El número de automóviles equivalentes que igualan el efecto de un camión depende de la pendiente del camino y, en caminos de dos carriles, de la distancia visual de adelantamiento disponible. Por lo tanto, cuanto mayor sea la proporción de camiones en un flujo de tránsito, mayor es la demanda de tránsito equivalente y mayor es la capacidad de camino necesaria. Para el flujo de tránsito ininterrumpido normalmente encontrado en las zonas rurales, los varios tamaños y pesos de los vehículos que afectan a las operaciones de tránsito pueden agruparse en dos categorías generales: Coches de pasajeros - todos los coches de pasajeros, incluyendo furgonetas, furgones, ca-

mionetas, y vehículos deportivos/utilitarios Camiones - todos los ómnibus, camiones simples, camiones combinación, y vehículos recreacionales. Para clasificar el tránsito, normalmente los camiones se definen como vehículos que tienen un peso bruto de fabricante (GVW) de 4.000 kg o más, con neumáticos dobles en al menos un eje trasero.

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En la clase de coche de pasajeros, la mayoría de los vehículos tienen características de operación similares. En la clase camión, las características de operación varían considerablemente, en particular tamaño y relación peso/potencia. A pesar de esta variación en las características de operación de los camiones, el efecto promedio de todos en un flujo de tránsito es similar en la mayoría de los caminos en condiciones comparables. En consecuencia, para el diseño geométrico de un camino, es esencial disponer de los datos de tránsito con vehículos de la clase de camiones, los cuales generalmente indican los principales tipos de camiones y ómnibus en porcentaje de todo el tránsito previsto. Para diseñar debe determinarse el porcentaje de tránsito de camiones durante las horas pico. En las zonas rurales, por lo general los datos completos no están disponibles en la distribución del tránsito por tipo de vehículos durante las horas pico; sin embargo, generalmente el porcentaje de tránsito de camiones durante las horas pico es menor que el porcentaje para un período de 24 horas. Al acercarse la hora pico, el volumen de tránsito de coche de pasajeros aumenta a una velocidad mayor que el volumen de tránsito de camiones. La mayoría de los camiones operan de manera constante durante todo el día, y mucho más carga se transporte de noche y madrugada. En las proximidades de las terminales principales de camiones y ómnibus, la programación regular de camiones y ómnibus puede resultar en la concentración de camiones durante ciertas horas del día. Sin embargo, debido a los retrasos provocados por el otro tránsito durante las horas pico, tales horarios generalmente están hechos de evitar estas horas. Para diseñar un camino particular, los datos sobre composición del tránsito deben determinarse mediante estudios de tránsito. El tránsito de camiones se debe expresar como un porcentaje del tránsito total durante la hora de diseño (en el caso de un camino de dos carriles, como un porcentaje del total de tránsito de los dos sentidos, y en el caso de un camino multicarril, como un porcentaje del total de tránsito en el sentido de viaje máximo. Bajo condiciones de tránsito urbano interrumpido, los criterios para determinar la composición del tránsito difieren de los utilizados en otros lugares. En las intersecciones importantes, el porcentaje de camiones durante las horas pico de la mañana y de la tarde debe determinarse por separado. Las variaciones en el tránsito de camiones entre los diversos movimientos de tránsito en las intersecciones pueden ser importantes y pueden influir en el diseño geométrico adecuado. El porcentaje de camiones también puede variar considerablemente durante una hora particular del día. Por lo tanto, es conveniente contar los camiones en varias horas pico que se consideren representativas de la más alta 30ª u hora de diseño. Un valor conveniente para diseñar es la media de los porcentajes de tránsito de camiones para un número de horas pico semanales. Para analizar la capacidad de camino deben considerarse por separado los ómnibus locales de otros camiones y ómnibus.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño 2.3.5

2-37

Proyección de las futuras demandas de tránsito

Usualmente, el diseño geométrico de caminos nuevos o el mejoramiento de los existentes no deben basarse solamente en los volúmenes de tránsito actuales, sino que deben considerarse los probables volúmenes futuros. Los caminos deben diseñarse para acomodar el volumen de tránsito que probablemente ocurra en su vida de diseño. Es difícil definir la vida de un camino porque los segmentos principales pueden tener diferentes lapsos de vida física. Cada segmento está sujeto a las variaciones de la esperanza de vida estimada por causas no fácilmente sometidas a análisis, tales como la obsolescencia, o inesperados cambios radicales en el uso del suelo, con los consiguientes cambios en el volumen de tránsito, patrones y exigencias. La zona de camino y la clasificación funcional puede considerarse que tienen una esperanza de vida física de 100 años; las estructuras menores de drenaje y cursos básicos, 50 años; puentes, de 25 a 100 años; rejuvenecimiento, 10 años, y estructura del pavimento, de 20 a 30 años, asumiendo el mantenimiento adecuado. La vida de un puente puede variar en función de la frecuencia acumulativa de las cargas pesadas. La vida útil del pavimento puede variar mucho, según los gastos iniciales y la repetición de las pesadas cargas por eje. El supuesto de la no provisión por obsolescencia funcional está abierto al debate serio. Las principales causas de obsolescencia son el aumento del número de intersecciones y accesos directos, y el aumento de la demanda de tránsito más allá de la capacidad de diseño. En los caminos no-autopistas, la obsolescencia debido a la adición de intersecciones y accesos directos es mucho más difícil de evitar, lo que ocurre especialmente en las zonas urbanas y suburbanas, pero también puede ocurrir en zonas rurales. Es una cuestión discutible si la capacidad de diseño de una autopista debe basarse en su esperanza de vida. La decisión está fuertemente influida por la economía. Por ejemplo, un camino podría diseñarse para volúmenes de tránsito de aquí a 50 años, con la expectativa de que la estructura de pavimento se restaure en 20 a 25 años. Sin embargo, si el costo añadido de un diseño de 50 años sobre una expectativa de vida de 25 años es apreciable, puede ser imprudente hacer una nueva inversión dando capacidad que no se necesitará por lo menos durante 25 años. El ahorro de costos de construcción podría utilizarse para construir otro proyecto de camino que actualmente se necesita. Además se evitaría el costo de mantenimiento aumentado para el camino más grande por lo menos durante 25 años. También, la mayoría de los caminos son capaces de manejar mayores volúmenes de tránsito que los indicados por su volumen de diseño, pero esto puede causar más inconvenientes, tales como una reducción en la velocidad y menos maniobrabilidad. Por ejemplo, un camino dividido de cuatro carriles con un TMD de diseño de 10.000 o 15.000 vpd podría manejar dos o tres veces el volumen de diseño, dependiendo de varios factores discutidos más adelante. Así, el camino de cuatro carriles podría servir adecuadamente mucho después del año de diseño y, en muchos casos, por tiempo indefinido.

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En un sentido práctico, el volumen de diseño debe ser un valor que se pueda estimar con una precisión razonable. Muchos ingenieros viales creen que el período máximo de diseño está en el intervalo de 15 a 24 años. Por lo tanto, un período de 20 años es ampliamente utilizado como base para el diseño. Tránsito normalmente no se puede predecir con exactitud más allá de este punto en una instalación específica debido a los cambios probables en la economía general regional, población y desarrollo de la tierra a lo largo del camino, que no se pueden predecir con algún grado de certeza. La estimación de los volúmenes de tránsito durante un período de diseño de 20 años no puede ser adecuada para muchos proyectos de rehabilitación, los cuales pueden desarrollarse sobre la base de un período de diseño más corto (5 a 10 años), debido a las incertidumbres de la predicción de las restricciones de tránsito y la financiación. 2.3.6

Velocidad

Al seleccionar rutas alternativas o modos de transporte, la velocidad es uno de los factores más importantes considerados por los viajeros, quienes evalúan el valor de una instalación de transporte para el traslado de personas y mercancías por su comodidad y economía, directamente relacionadas con la velocidad. Los viajeros ponderan el atractivo de un sistema de transporte público o un camino nuevo en términos de tiempo, comodidad y ahorro de dinero. Por lo tanto, la conveniencia del tránsito rápido bien puede recaer en cuán rápido es realmente. Además de las capacidades de los conductores y sus vehículos, la velocidad de los vehículos depende de cinco condiciones generales: características físicas del camino, cantidad de interferencias, clima, presencia de otros vehículos, y limitación de velocidad establecida por ley o por dispositivos de control de tránsito. Aunque cualquiera de estos factores puede gobernar la velocidad de desplazamiento, generalmente la velocidad real de viaje refleja una combinación de estos factores. El objetivo de cualquier estructura vial es satisfacer la demanda pública por un servicio económico, eficiente y con baja frecuencia y gravedad de choques. Un camino deberá adaptarse a casi todas las demandas con suficiencia razonable, y no debe fallar bajo demandas graves o extremas del tránsito; por lo que los caminos deben diseñarse para operar a una velocidad que satisfaga a casi todos los conductores. Debido a que sólo un pequeño porcentaje de conductores viajan a una velocidad extremadamente alta, no es económicamente práctico diseñar para ellos, quienes se verán obligados a viajar a velocidades menores de las que consideren conveniente. La velocidad directriz no debe utilizarse en condiciones desfavorables, tal como inclemencias del tiempo, ya que el camino sería ineficiente, podrían resultar más choques que bajo condiciones favorables, y no satisfaría las expectativas razonables del público. Velocidad de operación La velocidad de operación es la velocidad observada a la que los conductores operan sus vehículos en condiciones de flujo libre. El 85º percentil de la distribución de velocidades observadas es la medida más utilizada de la velocidad de operación, asociada a un lugar en particular o característica geométrica.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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Velocidad de marcha La velocidad a la que un vehículo en particular se desplaza sobre una sección de camino se conoce como su velocidad de marcha. La velocidad de marcha es la longitud de la sección de camino dividida por el tiempo tardado en recorrerla. La velocidad media de marcha de todos los vehículos es la medida de la velocidad 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. Un medio de estimar la velocidad media de marcha de un camino existente en flujo continuo es medir la velocidad de punto en uno o más lugares. La velocidad media de punto es la media aritmética de las velocidades de todo el tránsito, medido en un punto especificado sobre la calzada. Para secciones cortas de camino, en la que las velocidades no varían sustancialmente, la velocidad de punto media en un lugar puede considerarse una aproximación de la velocidad media de marcha. En tramos más largos de camino rural, las velocidades de punto medias, donde cada punto representa las características de velocidad de un segmento seleccionado del camino, se pueden promediar (teniendo en cuenta las longitudes relativas de los segmentos de camino) para obtener una mejor aproximación de la velocidad media de marcha. La velocidad media de marcha en un camino dado varía algo durante el día, dependiendo principalmente del volumen de tránsito. Por lo tanto, cuando se hace referencia a la velocidad de marcha debe indicarse claramente si esta velocidad representa horas pico, horas no pico, o un promedio diario. Las velocidades de marcha pico y no pico se utilizan en diseño y operación; las velocidades medias de marcha de todo un día se utilizan en los análisis económicos. El efecto del volumen de tránsito en la velocidad media de marcha puede determinarse usando los procedimientos del Manual de Capacidad Vial (MCC) (37). El MCC muestra que:  para autopistas y caminos multicarriles, hay un substancial rango de flujos sobre los cuales la velocidad es relativamente insensible al flujo; este rango se extiende hasta altos flujos. Entonces, en cuanto el flujo por carril se acerca a capacidad, la velocidad disminuye sustancialmente con el crecimiento del flujo.  para caminos de dos carriles, la velocidad disminuye linealmente con el caudal creciente en todo el rango de velocidades de flujo entre cero y capacidad. Velocidad directriz La velocidad directriz es una velocidad seleccionada para determinar las diversas características de diseño geométrico de la calzada. Debe ser lógica con respecto a la velocidad de operación prevista, topografía, uso del suelo adyacente, y clasificación funcional del camino. En la selección de la velocidad directriz, todos los esfuerzos deben hacerse para obtener una combinación deseada de seguridad, movilidad y eficiencia en los límites de calidad del ambiente, economía, estética, y repercusiones sociales o políticas. Una vez seleccionada la velocidad directriz todas las características del camino pertinentes deben relacionarse con ella para obtener un diseño equilibrado. Donde sea práctico, particularmente en caminos de alta velocidad, para específicos elementos de diseño deben usarse criterios de diseños superiores a los mínimos.

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En caminos de menor velocidad, el uso de criterios de diseño superiores a los mínimos puede fomentar viajes a velocidades superiores a la velocidad directriz. Algunas características de diseño, tal como curvatura, peralte, y distancia visual, están directamente relacionadas varían apreciablemente con la velocidad directriz. Otras características, como el ancho de carriles y banquinas, y las distancias a muros y barandas, no están directamente relacionadas con la velocidad directriz, pero sí afectan la velocidad del vehículo. Así, cuando se cambia la velocidad directriz, muchos elementos del diseño vial cambiarán en consecuencia. La velocidad directriz seleccionada debe ser coherente con las velocidades que los conductores probablemente esperen en el camino dado. Donde una razón para limitar la velocidad sea obvia, los conductores están más dispuestos a aceptar una menor velocidad de operación que donde no haya ninguna razón aparente. Un camino de mayor clasificación funcional puede justificar una velocidad superior que otro menor en topografía similar. Sin embargo, no debe seleccionarse una velocidad baja donde la topografía sea tal que los conductores sean aptos para circular a altas velocidades. Los conductores no ajustan su velocidad a la importancia del camino, sino a su percepción de las limitaciones físicas del camino y su tránsito. La velocidad directriz seleccionado deberá ajustarse a los deseos y hábitos de viaje de casi todos los conductores que se prevé utilicen un camino particular. Cuando las condiciones de tránsito y camino son tales que los conductores pueden viajar a la velocidad deseada, siempre hay una amplia gama de velocidades que varios individuos eligen para operar sus vehículos. Una distribución acumulativa de velocidades del vehículo de flujo libre tiene típicamente una forma de S cuando se representa como el porcentaje de los vehículos frente a la velocidad observada. Donde fuere práctico, la velocidad directriz seleccionada debe ser un valor de alto percentil en esta curva de distribución de la velocidad; es decir, incluir casi todas las velocidades deseadas por los conductores. Es deseable que la velocidad de marcha de una gran proporción de los conductores sea menor que la velocidad directriz. La experiencia indica que las desviaciones de este objetivo deseado son más evidentes en más curvas horizontales cerradas, en particular, con las curvas de velocidades directrices bajas (relativa a las expectativas del conductor) son frecuentemente saturado y puede tener frecuencias más altas de choques. Por lo tanto, es importante que la velocidad directriz utilizado para el diseño de curva horizontal sea un reflejo conservador de la velocidad esperada de la facilidad de construcción. La Tabla 2-3 muestra las velocidades directrices en incrementos de 10 km/h. Aunque la velocidad directriz seleccionada establece los valores límite de radio de curva y distancia visual mínima que debe aplicarse al diseño, no debe haber ninguna restricción en el uso de curvas horizontales más abiertas, o mayores distancias visuales donde tales mejoramientos puedan darse como parte de un diseño económico. Incluso en terreno accidentado, una recta ocasional o curva abierta puede ser deseable. Las características aisladas diseñadas para velocidades más altas pueden no animar a los conductores a acelerar, aunque una sucesión de tales características sí podría. En tales casos, toda la sección del camino debe estar diseñada para una velocidad más alta.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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Una considerable longitud de recta entre secciones de alineamiento curvo es también probable que estimule operar a alta velocidad. En tales situaciones debe seleccionarse una mayor velocidad directriz para todas las características geométricas, en particular la distancia visual en las curvas verticales convexas y en el lado interior de las curvas horizontales. Tabla 2-3. Velocidades directrices

Al seleccionar las velocidades directrices, una consideración pertinente es la longitud media del viaje. Cuanto más largo es el viaje, mayor es el deseo del conductor de utilizar velocidades más altas. Por lo tanto, al aumentar las longitudes medias de los viajes son adecuadas clases funcionales más altas de caminos, con velocidades mayores. En el diseño de una longitud sustancial del camino, es deseable seleccionar una velocidad uniforme. Sin embargo, los cambios del terreno y otros controles físicos pueden determinar un cambio en la velocidad directriz en ciertas secciones. Si es así, la introducción de una velocidad directriz menor no debe hacerse de forma repentina, sino sobre una distancia suficiente como para permitir a los conductores cambiar gradualmente la velocidad antes de llegar a la sección de camino con la velocidad directriz más baja. Donde fuere adecuado reducir las características de los alineamientos horizontal y vertical, muchos conductores no pueden percibir la condición de velocidad baja adelante, por lo que importa advertirlos con anticipación. La condición cambiante debe indicarse mediante controles tales como zonificación de la velocidad y señales de velocidad de curva. En los caminos rurales y en los urbanos de alto tipo, usualmente un porcentaje de los vehículos es capaz de viajar a velocidades cercanas a la de flujo libre regidas por los elementos de diseño geométrico; por lo tanto, la selección de una adecuada velocidad directriz es particularmente importante. En muchas calles arteriales, las velocidades vehiculares durante varias horas del día son limitadas o reguladas por la presencia de grandes volúmenes de vehículos y por dispositivos de control de tránsito, más que por las características físicas de la calle. En tales casos, la selección de una velocidad directriz es menos crítica para operar eficientemente y bajar la frecuencia y gravedad de choques. Durante los períodos de volumen bajo a moderado, la velocidad en las calles arteriales se rige por factores tales como límites de velocidad, curvas, espacios interseccionales, semáforos, y la sincronización de la progresión de los semáforos. Cuando se planean mejoramientos de calles arteriales deben considerarse factores tales como futuros límites de velocidad, limitaciones físicas y económicas, y velocidades de operación que puedan conseguirse durante las horas de menor volumen. Todos estos factores deben influir en la selección de una adecuada velocidad directriz.

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Generalmente, en las calles arteriales el alineamiento horizontal no es el factor determinante que restrinja la velocidad. Los mejoramientos propuestos siguen el patrón del sistema de calles existente, y comúnmente los eventuales cambios del alineamiento horizontal se introducen en las intersecciones. El efecto de tales cambios es pequeño, porque la operación a través de la intersección está regulada por el tipo de controles de tránsito necesarios para manejar el volumen de tránsito transversal y de giro. El peralte puede estar previsto en curvas de calles arteriales urbanas, pero la cantidad de peralte necesaria se determina de manera diferente que para caminos rurales. Las amplias áreas de pavimento, proximidad de desarrollo adyacentes, control de pendiente transversal y el perfil para el drenaje, y la frecuencia de los cruces de calles y accesos, todo ello contribuye a la necesidad de valores más bajos de peralte en las calles arteriales urbanas. El ancho de los carriles, que se compensan con los cordones, la proximidad de postes y árboles a la calzada, la presencia de peatones en la zona de camino, y la proximidad de edificios comerciales o residenciales, en forma individual o en combinación, a menudo limitan las velocidades en caminos con buenos alineamientos. A pesar de estos factores, los proyectistas deben procurar un buen alineamiento y perfiles planos en el diseño de calles urbanas arteriales, ya que las características de operación pueden ser mejoradas y reducirse la frecuencia de choques, en particular durante los períodos fuera de los pico. La Sección 3.3.6 orienta sobre el diseño del alineamiento horizontal para condiciones urbanas de baja velocidad. La topografía puede afectar sensiblemente a la elección de la velocidad directriz en las calles arteriales. Muchas ciudades se desarrollado a lo largo de cursos de agua e incluyen zonas que van desde suaves ondulaciones a terreno montañoso. Las calles pueden haberse construido originalmente con la clasificación de menor importancia para adaptarse a la topografía. Debido a que una calle arterial normalmente se desarrolla para adaptarse al alineamiento de una calle existente, tanto a través de las zonas de negocios y residenciales, por lo general sigue una rasante variable. Una vez seleccionada la velocidad directriz, la distancia visual adecuada debe darse en todas las curvas verticales convexas y en el lado interior de las curvas horizontales. Las rasantes con largas y continuas pendientes deben diseñarse teniendo debidamente en cuenta las velocidades de transporte público y vehículos comerciales. Pueden ser necesarios carriles adicionales en las subidas, de modo que la pendiente pueda coincidir en capacidad con otras partes, y permitir que los vehículos puedan seguir a una velocidad razonable para adelantarse a los vehículos más lentos. Cuando fuere posible, las calles arteriales urbanas deberían diseñarse y regularse con dispositivos de control, para permitir velocidades de operación de 30 a 75 km/h. Las velocidades menores de este intervalo son aplicables a calles locales y colectoras a través de zonas residenciales, y calles arteriales a través de zonas comerciales más concurridas, mientras que las velocidades superiores del intervalo se aplican a arteriales periféricos de alto tipo en zonas suburbanas. Generalmente, en las calles principales de zonas comerciales de hacinamiento es necesario el control de semáforos coordinados a través de intersecciones sucesivas, para permitir velocidades más bajas. Muchas ciudades tienen longitudes considerables de calles semaforizadas para velocidades de 20 a 40 km/h.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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En condiciones de menos hacinamiento en zonas suburbanas, es común en calles preferidas adoptar algún tipo de zonificación de velocidad o control para limitar altas velocidades de operación. En estas zonas, los peatones a lo largo de la arteria o vehículos en las calles transversales, aunque relativamente poco frecuentes, pueden estar expuestos a posibles choques con el tránsito directo, el cual poco a poco puede ganar velocidad al salir de una zona urbana, o conservar sus velocidades de camino abierto al entrar en la ciudad. El tránsito directo debe acelerarse hasta donde fuere práctico, pero puede ser igualmente importante limitar las velocidades para reducir los accidentes relacionados con la velocidad, y garantizar el tránsito local. Como cuestión política, los límites de velocidad no son las velocidades más altas que podrían emplear los conductores. En su lugar, generalmente dichos límites se fijan aproximados a la velocidad del 85º percentil de tránsito, tal como se determina mediante la medición de las velocidades de una muestra importante de vehículos. La velocidad del 85º percentil está por lo general en el “paso” o rango de velocidad de 15 km/h, usado por la mayoría de los conductores. Las zonas de velocidad no operarán adecuadamente si el límite de velocidad es arbitrario. Además, las zonas de velocidad deben determinarse mediante estudios de ingeniería de tránsito, ser compatibles con las condiciones prevalecientes a lo largo de la calle y con su sección transversal, y ser capaces de aplicación razonable. Generalmente, las calles y caminos arteriales urbanos tienen velocidades de marcha de 30 a 70 km/h. Las velocidades directrices adecuadas para arteriales deben variar de 50 a 100 km/h. La velocidad directriz seleccionado para una arteria urbana debe depender en gran medida de la distancia entre las intersecciones semaforizadas, el tipo seleccionado de sección transversal, presencia o no de cordones y cunetas a lo largo de los bordes exteriores de la calzada, y cantidad y tipo de acceso a la calle. Los caminos arteriales urbanos reconstruidos deben diseñarse para una velocidad de operación de unos 50 km/h. De lo anterior resulta evidente que hay diferencias importantes entre los criterios de diseño aplicables a los diseños de baja y de alta velocidad. Debido a estas claras diferencias, el límite superior de baja velocidad directriz es de 70 km/h y el límite inferior de alta velocidad directriz es de 80 km/h. 2.3.7

Relaciones de flujo de tránsito

Las condiciones de flujo de tránsito pueden caracterizarse por el volumen expresado en vehículos por hora, la velocidad media en kilómetros por hora, y la densidad de tránsito en vehículos por kilómetro. Estas tres variables: volumen, la velocidad, y la densidad-están interrelacionados y tienen relaciones predecibles. Las relaciones generalizadas entre el volumen, la velocidad y densidad para las instalaciones de flujo ininterrumpido, como se presenta en el MCC (37) se muestran en la figura 2-29. Las relaciones que se muestran son de naturaleza conceptual y no necesariamente corresponden a las relaciones reales utilizadas en los procedimientos específicos de MCC. Por ejemplo, los procedimientos de MCC para autopistas y caminos multicarriles muestran que la velocidad no varía con el volumen a través de la mayor parte de la gama de volumen bajo e intermedio, Figura 2-29. Los procedimientos de MCC para caminos de dos carriles muestran que la velocidad varía linealmente con el volumen en todo el rango de volumen desde cero hasta la capacidad.

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La densidad -número de vehículos por unidad de longitud del camino- aumenta a medida que los vehículos se desplazan más cercanos. Como muestra la Figura 2-29; cuando la velocidad desciende, puede crecer el hacinamiento y los conductores pueden seguir cómodamente más cerca, detrás de otros vehículos. La densidad se utiliza en el MCC como medida de la calidad del servicio de tránsito para autopistas y caminos multicarriles. Los volúmenes de tránsito también varían con la densidad desde cero al flujo máximo, como se muestra en la figura 2-29. Los dos puntos de flujo cero en la Figura 2-29 representan ningún vehículo o todos o muchos vehículos detenidos en el camino. El flujo máximo se alcanza en el punto de máxima densidad.

Figura 2-29. Relaciones generalizadas velocidad-densidad-volumen (37)

Las interferencia al flujo de tránsito reducen las velocidades, los vehículos viajan más juntos, y la densidad aumenta. La interferencia puede ser causada por condiciones meteorológicas, tránsito transversal, vehículos, accidentes, discapacidad u otras condiciones. Como estas condiciones causan más interferencia, las velocidades de flujo en ciertos límites todavía puede mantenerse, pero con velocidad reducida, menor separación entre vehículos, y mayor densidad. Cuando la interferencia se hace tan grande (a pesar de menor espaciamiento entre vehículos y mayor densidad), la velocidad promedio cae por debajo de lo necesario para mantener un flujo estable, hay una disminución rápida de la velocidad y del flujo de tránsito, y se produce una fuerte congestión. Cuando el tránsito en un encuentra una interferencia que limita o reduce la capacidad del camino en una sola área, el resultado es un “cuello de botella”. Si el flujo que entra en este cuello de botella no supere su capacidad, el flujo se mantiene estable y no hay congestión significativa. Sin embargo, cuando la sección corriente arriba trae más vehículos que lo que el cuello de botella puede acomodar, el flujo se interrumpe. La velocidad se reduce hasta la de arrastre, y los vehículos comienzan a formar cola corriente arriba hasta que de nuevo el flujo que llega cae por debajo de la capacidad de salida.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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Para evitar situaciones de cuello de botella se debe tener cuidado de diseñar la calzadas con coherente capacidad. El concepto de nivel de servicio tratado en la Sección 2.4.5 ayuda a obtener esta coherencia. A menudo, una intersección es un cuello de botella inevitable. Esta reducción de la capacidad se agudiza cuando la intersección es controlada por señales de Pare o semáforos. En un semáforo, los vehículos que llegan durante la fase roja encuentran un cuello de botella de capacidad cero. Estos vehículos forman una cola hasta que la fase verde comienza, desaparece la restricción, y se descarga la cola. Si el volumen de entrada es demasiado alto, no todos los vehículos de la cola pueden ser descargados durante la fase verde, y hay una acumulación continúa de la cola. Generalmente las llegadas a las intersecciones son previsibles en las zonas urbanas, donde los vehículos que se aproximan forman pelotones por los semáforos ascendentes. En zonas suburbanas o rurales, a menudo las llegadas de los vehículos son al azar. Este patrón de llegada aleatoria debe reconocerse en el diseño de los tiempos de ciclo adecuados, longitudes de carriles de almacenamiento de giro izquierda, y capacidad de aproximación. En los cuellos de botella donde el tránsito se lentifica o detiene, cada vehículo y sus ocupantes incurren en demora. Las demoras aumentan el consumo de combustible y la contaminación del aire, lo cual que crea indeseables efectos económicos y ambientales. 2.4

CAPACIDAD DEL CAMINO

2.4.1

Características generales

El término “capacidad” se utiliza para expresar la tasa máxima por hora en la que personas o vehículos, se puede esperar razonablemente que atravesar un punto (es decir, una sección uniforme de un carril o calzada a) durante un período de tiempo dado bajo calzada predominante y las condiciones de tránsito. El rango de flujo de tránsito en un camino puede variar desde volúmenes muy ligeros hasta volúmenes iguales a la capacidad de la instalación. En sentido genérico, el término también abarca las relaciones más amplias entre las características del camino y las condiciones, patrones de tránsito y flujo de la composición, y grado relativo de la congestión en los volúmenes de tránsito. Los problemas de capacidad en sentido amplio se tratan a continuación. Los puntos 2.4.2 a 2.4.6 resumen brevemente los principios y factores importantes que afectan la capacidad vial. Para determinar la capacidad de un determinado diseño vial debe consultarse el Manual de Capacidad (MCC) (37), referencia básica de la discusión siguiente. 2.4.2

Aplicación

Análisis de la capacidad de la autopista tiene tres propósitos generales, tales como: Estudios de planificación del transporte - El análisis de la capacidad se utiliza en estos estu-

dios para evaluar la adecuación o suficiencia de las redes viales existentes para atender el tránsito actual. Además, se utiliza para estimar el tiempo en el futuro cuando el crecimiento del tránsito puede exceder la capacidad de un camino o quizás alcanzar un nivel de congestión debajo de la capacidad que se considera indeseable.

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Diseño vial – El conocimiento de la capacidad del camino es esencial para encajar correcta-

mente una autopista a las demandas de tránsito. Análisis camino capacidad se utiliza tanto para seleccionar el tipo de camino y para determinar las dimensiones, tales como el número de carriles y las longitudes mínimas de las secciones de entrecruzamiento o trenzado. Análisis operacional de tránsito – El análisis de la capacidad se utiliza en estos análisis para muchos propósitos, pero sobre todo para identificar los lugares de cuello de botella (ya sea real o potencial). También se utiliza para estimar los mejoramientos operacionales que pueden resultar de posibles medidas de control del tránsito o de la alteración in situ en la geometría del camino. Los datos de tránsito para estos usos varían con el grado de precisión requerido. Para análisis operacionales, en el que el éxito de los mejoramientos menores puede medirse en términos de unos pocos vehículos por hora, es deseable un alto grado de precisión. Para diseñar el camino es suficiente menor precisión, ya que los datos de tránsito son frecuentemente estimados para un período de 10 a 20 años en el futuro y poder participar no sólo las aproximaciones de los volúmenes de tránsito, sino también aproximaciones de factores tales como la composición del tránsito y patrones de movimiento. El análisis que sigue muestra el nivel de detalle adecuado para obtener un equilibrio razonable entre el diseño del camino y el tránsito futuro estimado. Tal análisis debe verificar que las condiciones futuras de explotación se sitúen por debajo de un nivel aceptable. Si se necesita una precisión mayor que la disponible, ver el MCC (37) y otros informes sobre el análisis de tránsito operacional. 2.4.3

Capacidad como control de diseño

El volumen de diseño es el volumen de tránsito proyectado para usar una instalación particular durante el año de diseño, que generalmente es de 10 a 20 años en el futuro. Volúmenes de diseño se estima en el proceso de planificación y con frecuencia se expresa como el volumen de tránsito previsto durante la hora del diseño especificado. La derivación del VHD fue discutida en la Sección 2.3. “Características de tránsito”. Servicio de diseño de velocidad de flujo es la máxima velocidad de flujo por hora de tránsito que una autopista con características de diseño particulares para poder servir sin el grado de congestión que cae por debajo de un nivel preseleccionado, como se describe en “pendientes aceptables de congestión”. Un objetivo principal en el diseño de un camino es crear una instalación con dimensiones y alineamiento que pueden servir para el servicio de diseño de velocidad de flujo, que debe ser al menos tan grande como la velocidad de flujo durante el período de pico de 15-minutos de la hora de diseño, pero no tan grande como para representar una extravagancia en el diseño. Cuando este objetivo se logra, una bien equilibrada, sala de camino económica resultará. Medidas de congestión Tres consideraciones clave en el diseño geométrico son el diseño vial, el tránsito que utiliza la calzada, y el grado de congestión en la vía. Los dos primeros puntos se puede medir en unidades exactas. Por ejemplo, la calzada o es o no una autopista con un control total de acceso, de sus dimensiones de la sección transversal puede ser expresado en metros, y los peraltes de sus pendientes puede ser expresado como un porcentaje.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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Del mismo modo, el flujo de tránsito puede ser expresada como el número de vehículos por unidad de tiempo, la composición del tránsito puede ser expresado como el porcentaje de vehículos de cada clase, y las características y la distribución por sentidos horas pico de tránsito también se puede cuantificar. Una escala de valores para expresar el grado de congestión es, sin embargo, una medida mucho más difícil de alcanzar. Numerosas medidas del servicio general proporcionada por una sección de calzada se sugirieron, incluyendo la frecuencia y severidad de accidente, libertad de maniobra, la relación del volumen de tránsito de capacidad (v/c), velocidad de operación, la velocidad media de marcha, y otros. En el caso de las intersecciones con semáforos, el retardo se detuvo encontrado por los automovilistas es una medida comúnmente utilizada de la congestión. Para el flujo de tránsito sin interrupciones (es decir, el flujo no influenciada por las intersecciones señalizadas), las condiciones de tránsito operacionales se definen mediante tres medidas principales: velocidad, volumen (o tasa de flujo), y la densidad. La densidad describe la proximidad de los vehículos entre sí y refleja la libertad de maniobrar en la corriente de tránsito. Es un parámetro fundamental que describe las operaciones de tránsito con flujo ininterrumpido. A medida que aumenta la densidad desde cero, la velocidad del flujo aumenta también porque hay más vehículos en el camino. Mientras esto sucede, la velocidad comienza a disminuir (debido a las interacciones vehiculares). Esta disminución es prácticamente despreciable a densidades y tasas de flujo bajas. Sin embargo, como la densidad continúa aumentando, se alcanza un punto en el que la velocidad disminuye notablemente. Una tasa máxima de flujo finalmente se alcanza en el que la alta densidad de tránsito provoca una marcada disminución de velocidades y una velocidad de flujo reducida. Esta tasa máxima de flujo de cualquier planta dada se define como su capacidad. Puesto que la capacidad se acerca, el flujo se vuelve más inestable debido a las lagunas existentes en el flujo de tránsito a ser cada vez menos. En la capacidad, no hay espacios utilizables en el flujo de tránsito y el conflicto alguno de los vehículos que entran o salen de la instalación, o de maniobras carriles internos cambiantes, crea una perturbación que no pueden ser eficazmente amortiguada o disipado. Por lo tanto, la operación en o cerca de la capacidad es difícil de mantener durante largos periodos de tiempo sin la formación de colas de aguas arriba, y el flujo forzado o avería se vuelve casi inevitable. Por esta razón, la mayoría de las instalaciones están diseñadas para funcionar a un volumen de menos de su capacidad. Para el flujo interrumpido, tal como la que ocurre en las calles donde el tránsito está controlado por señales, el usuario camino no es tan refiere a la consecución de una alta velocidad de desplazamiento como con evitar paradas prolongadas en las intersecciones o una sucesión de paradas en varias intersecciones. Promedio detuvo a tiempo de retardo es la principal medida de efectividad utilizada en la evaluación de las intersecciones señalizadas. Stopped-tiempo de retardo, que se utiliza porque es razonablemente fácil de medir y es conceptualmente simple, es una característica de las operaciones de intersección angostamente relacionada con la percepción del conductor de la calidad del flujo de tránsito.

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Relación entre congestión y velocidad de flujo de tránsito La congestión no implica necesariamente una interrupción completa del flujo de tránsito. Más bien, puede ser pensado como una restricción o interferencia al libre flujo normal. Para cualquier clase de camino, que aumenta la congestión con un aumento de la velocidad de flujo hasta que el caudal es casi igual a la capacidad de la instalación, en la que se convierte en el punto de congestión aguda. El aumento gradual de la congestión con aumento de la velocidad de flujo es aparente no importa qué medida se utiliza como un índice de congestión. Cuando la tasa de flujo de tránsito se aproxima a la capacidad de una instalación, tal como se define en el MCC (37), cualquier interrupción de menor importancia en la fluidez del tránsito puede causar tránsito en un camino para operar en una detención-y-seguir, con una disminución resultante en velocidad de flujo de tránsito que puede ser servido. Las secciones donde los tránsitos se fusionan y separan en distancias relativamente cortas se llaman de “entrecruzamiento o trenzado.” Velocidad promedio de operación, y por lo tanto el grado de congestión, es una función no sólo del volumen de tránsito implicado en el entrecruzamiento (cruce) movimientos, sino también de la distancia en la cual las maniobras de entrecruzamiento se completaron. (El entrecruzamiento es tratado en la Sección 2.4.6.) En las calles arteriales en el entorno urbano, la velocidad media de marcha varía sólo ligeramente con los cambios en la tasa de flujo de tránsito. Sin embargo, el retraso en las intersecciones señalizadas puede aumentar dramáticamente la capacidad de aproximación del flujo de tarifas. Por lo tanto, un mayor grado de congestión se producen, y esto resulta en la reducción de velocidad de desplazamiento en general, mayores tiempos de viaje promedio, y el tránsito de derrames-backs en las intersecciones de aguas arriba. Grados aceptables de congestión Desde el punto de vista del usuario autopista, sería preferible que cada usuario tenga un derecho exclusivo a la autopista en el momento en que el automovilista encuentra ocasión o necesidad de usarlo. Por otra parte, el automovilista prefiere que todas las autopistas ser de tipos que permitan velocidades muy superiores a las que normalmente conferida por las calles de superficie urbanas. Sin embargo, los usuarios reconocen que si los demás van a compartir los costos de las instalaciones de transporte, ellos también tienen derecho a participar en su uso. Por lo tanto, se aceptará fácilmente una cantidad moderada de la congestión. Justo lo que el grado de congestión del público motorizado está dispuesto a aceptar como razonable sigue siendo objeto de conjeturas, pero se sabe que varían de un número de factores. El automovilista medio entiende en un sentido general de que las medidas correctivas para mitigar la congestión pueden ser más costosas en algunos casos que en otros. Como resultado, generalmente los conductores aceptan un mayor grado de congestión en las zonas donde se pueden hacer mejoramientos sólo a un costo sustancial. Además, los conductores están más dispuestos a aceptar un mayor grado de moderación en viajes cortos que en viajes largos, pero los conductores no están en general satisfechos con el tipo de operación que se produce cuando el volumen de tránsito se aproxima a la capacidad de la instalación. Desde el punto de un administrador de camino de vista, el grado de congestión del camino que experimentan los usuarios se relaciona con la disponibilidad de recursos.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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Históricamente, los fondos no fueron suficientes para satisfacer todas las necesidades, provocando fuertes tensiones en el mejoramiento de los caminos con la suficiente rapidez para evitar que la demanda de tránsito exceda la capacidad de la instalación. El adecuado grado de congestión que se debe utilizar en la planificación y el diseño de mejoramientos viales se determina pesando los deseos de los automovilistas frente a los recursos disponibles para satisfacer estos deseos. El grado de congestión que no debe sobrepasarse durante el año de diseño en un proyecto de camino realmente se puede evaluarse por: (1) la determinación de las condiciones de operación que la mayoría de los conductores se aceptan como satisfactorio, (2) la determinación de la mejoramiento del camino más extensa que la jurisdicción gubernamental considera práctico, y (3) la conciliación de las exigencias del conductor y el público en general con los recursos financieros disponibles para satisfacer esas demandas. Esta reconciliación de los deseos con los recursos disponibles es un proceso administrativo de gran importancia. La primera decisión debe ser hecha en cuanto al grado de congestión que no debe sobrepasarse durante el período de diseño. 2.4.4

Otros factores que afectan la operación

La capacidad de un camino para servir tránsito eficiente y eficaz está influenciada por las características del tránsito y por las características de diseño del camino. Factores del camino Pocos caminos tienen diseños ideales. Aunque la mayoría de las modernas autopistas tienen suficientes dimensiones de sección transversal, muchos de ellos no son ideales con respecto a la velocidad directriz, el diseño de entrecruzamiento de la sección, y diseño de la terminal rama. Las deficiencias de estas características se traducirán en un uso ineficiente de las porciones restantes de la autopista. En otras clases vial, intersecciones, multicarriles aunque unsignalized, a menudo interfieren con la operación de flujo libre de tránsito. Desarrollo adyacente al camino con calzadas concomitantes y la interferencia del tránsito que entra y sale a través de los carriles de tránsito causan un aumento en la congestión y puede aumentar la frecuencia de accidente, incluso a volúmenes relativamente bajos. El efecto adverso, aunque fácilmente evidente, puede ser difícil de cuantificar (13). Curvas cerradas y pendientes pronunciadas no siempre se pueden evitar, y a veces es conveniente comprometer en dimensiones transversales. Todas estas condiciones se combinan para provocar la congestión a ser percibido en los volúmenes de tránsito más bajos de lo que sería el caso para los caminos diseñado con características ideales y protegidos por el control de acceso total, o mediante la administración de acceso. Por calles urbanas con intersecciones señalizadas a intervalos relativamente estrechos, los volúmenes de tránsito que de otro modo podrían ser servidos se reducen porque una parte de cada ciclo de la señal se asigna exclusivamente al camino que cruza. Para un camino deficiente en algunas de sus características y donde la corriente de tránsito se compone de una mezcla de clases de vehículos en lugar de los automóviles sólo, los factores de ajuste de compensación necesita ser aplicada a los tipos de flujo de tránsito se utilizan como valores de cálculo de las condiciones del camino ideales. Estos ajustes son necesarios para determinar el volumen de tránsito mixto que puede ser servido bajo las condiciones mínimas aceptables de operación en el camino en cuestión.

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El MCC (37) identifica características importantes caminos que puedan tener un efecto adverso en las condiciones de operación. El MCC proporciona factores y describe los procedimientos para la determinación de los volúmenes de tránsito que pueden ser servidos por caminos que no son ideales en todos los aspectos. Las características que podrían resultar en un camino menos que ideal en sus características operativas incluyen calles angostas y banquinas, pendientes muy pronunciadas, la velocidad directriz bajo y la presencia de intersecciones, terminales de rama, y las secciones de entrecruzamiento. El MCC debe hacer referencia para una discusión de estos fenómenos y sus efectos en las condiciones de operación. La discusión relativa a alineamiento horizontal, secciones de entrecruzamiento, y terminales de rama se complementa y se amplifica a continuación. Alineamiento Para el tránsito que viaja a una velocidad determinada, mejor será el alineamiento de camino, el tránsito puede llevar más, se sigue que la congestión en general se percibe a volúmenes más bajos si la velocidad directriz es baja. El camino se divide en secciones de unas características de diseño geométrico para el análisis utilizando las técnicas de MCC. Una sola curva de limitación de pendiente pronunciada o en un alineamiento de otra manera suave se identificará como la característica crítica que limita la capacidad de calzada. Secciones de entrecruzamiento Secciones de entrecruzamiento son segmentos de camino donde el patrón de tránsito de entrada y salida en los puntos contiguos de los resultados en las rutas de acceso de vehículos que se cruzan. Cuando la distancia en la que se lleva a cabo el cruce es relativamente corta en relación con el volumen de tránsito de entrecruzamiento, las operaciones en la sección de camino se congestionan. Algunos reducción en la eficiencia de operación a través de secciones de entrecruzamiento pueden ser tolerados por los usuarios del camino si la reducción es menor y la frecuencia de ocurrencia no es alto. En general se acepta que una reducción en la velocidad de operación de aproximadamente 10 km/h por debajo de aquélla para la que el camino en su conjunto funciona se puede considerar un grado tolerable de congestión para las secciones de entrecruzamiento. Las condiciones de operación en las secciones de entrecruzamiento son afectadas tanto por la longitud y la anchura de la sección, así como por el volumen de tránsito en los varios movimientos. Estas relaciones se discuten en la Sección 2.4.6 y en el MCC (37). Terminales de rama Las ramas y terminales de rama son características que pueden influir negativamente en las condiciones de operación en las autopistas si la demanda de su uso es excesiva o si su diseño es deficiente. Cuando la congestión se desarrolla en autopista rama cruces, algunos a través de vehículos de evitar el carril exterior de la autopista, lo que agrava la congestión en los carriles restantes. Por lo tanto, si sólo hay dos carriles en un sentido, la eficiencia por carril no es tan alta como en la media que por tres o más carriles en un sentido. La pérdida de eficiencia es una función del volumen de tránsito de entrada o salida de las ramas, la distancia entre los puntos de entrada y salida, y la disposición geométrica de los terminales. Se sabe muy poco de estas variables separadas para permitir una evaluación cuantitativa de sus efectos cuando se toma individualmente. Su efecto combinado se contabiliza mediante el cobro de una evaluación uniforme contra el carril exterior, independientemente de las causas o la longitud de la interferencia en las ubicaciones individuales.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-51

Además del efecto sobre el tránsito, el tránsito que utiliza ramas se expone a una forma diferente de la congestión que no se presta a la medición en términos de velocidad de desplazamiento, retardo, o la tensión del conductor. El grado de congestión para una rama está relacionado con el volumen total del tránsito en el carril exterior de la autopista en la proximidad de la unión rama (es decir, el volumen combinado de a través de tránsito utilizando el carril exterior y el volumen de tránsito que utiliza la rama). El MCC (37) proporciona los procedimientos para la estimación de los volúmenes de tránsito a través del carril exterior de una autopista justo aguas arriba de una entrada o una rama de salida para diversas combinaciones de camino y las condiciones de tránsito. Factores de tránsito Generalmente los flujos de tránsito se componen de una mezcla de vehículos: automóviles, camiones, ómnibus, y, en ocasiones, vehículos recreativos y bicicletas. Por otra parte, el tránsito no fluye a una velocidad uniforme durante toda la hora, día, estación o año. Se debe considerar a estas dos variables, la composición del tránsito y las fluctuaciones en el flujo, para decidir sobre los volúmenes de tránsito que se traducirá en pendientes aceptables de congestión (véase la Sección 2.4.5 sobre “Niveles de Servicio”) y también en el período de tiempo durante el cual el flujo debe extenderse. El efecto de camiones y ómnibus en la congestión del camino se discute en el MCC (37). Los procedimientos detallados se dan para la conversión de los volúmenes de tránsito mixto a volúmenes equivalentes de los automóviles. Estos coches de pasajeros de equivalencia (PCE) Los factores utilizados en la MCC difieren sustancialmente entre los distintos tipos de instalaciones. Factor de hora pico La unidad aceptada de tiempo para la expresión de velocidad de flujo es un período de una hora. Se acostumbra a diseñar caminos con un número suficiente de carriles y con otras características que permitan al camino para dar cabida al VHD previsto para el año de diseño, con frecuencia 20 años a partir de la fecha de construcción. Debido a que el flujo no es uniforme en toda la hora, hay ciertos períodos en una hora durante la cual congestión es peor que en otros momentos. El MCC considera las condiciones de operación prevalecientes durante el más congestionado 15-minuto periodo de la hora de establecer el nivel de servicio para la hora en su conjunto. En consecuencia, el volumen total por hora que puede ser servido sin exceder de un determinado grado de congestión es igual o menor que cuatro veces el máximo recuento de 15-minutos. El factor usado para convertir la tasa de flujo más alto durante el período de 15-minutos a la hora volumen total es el factor horas pico (PHF). El PHF puede ser descrito como la relación entre el volumen total por hora para el número de vehículos durante el más alto de 15 minutos período multiplicado por 4. El PHF nunca es mayor que 1.00 y está normalmente en el intervalo de 0.75 a 0.95. Así, por ejemplo, si la tasa de flujo máximo que puede ser servido por una autopista determinado sin excesiva congestión es 4.200 vehículos por hora durante el pico de 15 minutos período, y adicionalmente, si la PHF es 0.80. el volumen horario total que puede ser acomodado a ese nivel de servicio es 3.360 vehículos, o el 80% de la tasa de flujo de tránsito, durante el más congestionado de 15 minutos.

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2-52 2.4.5

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles Niveles de servicio

Las técnicas y procedimientos para ajustar los factores operativos y del camino para compensar las condiciones otras que ideales se encuentran en el MCC (37) y se aplican mediante el concepto de nivel de servicio. Es deseable que los resultados de estos procedimientos se adapten al diseño del camino. El MCC define la calidad de servicio de tránsito proporcionada por las instalaciones viales específicas bajo las demandas de tránsito específicos por medio de un nivel de servicio. El nivel de servicio que caracteriza las condiciones de operación de la instalación en términos de rendimiento mide el tránsito relacionado con la velocidad y el tiempo de viaje, la libertad de maniobra de las interrupciones de tránsito, y la comodidad y conveniencia. Los niveles de la gama de servicios de nivel de servicio A (menos congestionado) a nivel de servicio F (más congestionada). La Tabla 2-4 muestra las condiciones generales de operación representan estos niveles de servicio. Las definiciones específicas de nivel de servicio difieren según el tipo de instalación. El MCC presenta una discusión más detallada del concepto de nivel de servicio. Tabla 2-4. Definiciones generales de los Niveles de Servicio

Nota: Las definiciones específicas de los niveles de servicio de la A a la F variar por tipo de establecimiento y se presentan en el MCC (37). Los puntos de división entre los niveles de servicio de la A a la F se determinaron subjetivamente. Por otra parte, el MCC no contiene recomendaciones para la aplicación de los niveles de servicio en diseño vial. La elección de un nivel adecuado de servicio para el diseño está correctamente izquierda al camino proyectista. La orientación en la discusión anterior debería permitir al proyectista para unir las pendientes adecuadas de congestión a niveles específicos de servicio. La relación entre el tipo de camino y la ubicación y el nivel de servicio adecuado para el diseño se resumen en la Tabla 2-5. Como se expuso anteriormente, esta relación se deriva de los criterios para pendientes aceptables de congestión. Como puede ser adecuado a las condiciones, los organismos viales deben esforzarse por ofrecer el más alto nivel de servicio práctico. Por ejemplo, en secciones muy desarrolladas de las zonas metropolitanas, las condiciones pueden hacer que el uso del nivel de servicio adecuado para autopistas y arterias D, sin embargo, este nivel debe utilizarse con moderación y por lo menos a nivel de servicio C debe ser buscado.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-53

Tabla 2-5. Guías para la selección de los niveles de diseño de uso

2.4.6

Tasas de flujo de servicio de diseño

Las tasas de flujo de tránsito que se pueden servir en cada nivel de servicio se denominan “tasas de flujo de servicio.” Una vez que un determinado nivel de servicio fue identificado como aplicable para el diseño, la tasa de flujo de servicio correspondiente lógicamente se convierte en el servicio de diseño de velocidad de flujo. Esto implica que si la tasa de flujo de tránsito utilizando la instalación supera ese valor, las condiciones de operación se sitúen por debajo del nivel de servicio para el que se diseñó la instalación. Una vez que un nivel de servicio fue seleccionado, es deseable que todos los elementos de la calzada están diseñados coherente a este nivel. Esta coherencia de los resultados de diseño de servicios de velocidad de flujo casi constante en la libertad de movimiento de tránsito y velocidad de operación, y las interrupciones del flujo debido a los cuellos de botella pueden ser evitados. El MCC (37) suministra la base analítica para los cálculos de diseño y decisiones, pero el proyectista debe utilizar su criterio para seleccionar el nivel adecuado de servicio. Tabla 2-5 proporciona una guía que puede ser utilizado por los proyectistas en la selección de un nivel adecuado de servicio. Para ciertas rutas recreativas o por razones ambientales o de planificación de uso de la tierra, el proyectista puede seleccionar un servicio de diseño de caudal inferior a la demanda prevista. Ya sea diseñando una intersección, distribuidor, arterial, o autopista, la selección del nivel deseado de servicio debe ser considerado cuidadosamente porque la adecuación tránsito operacional de la calzada depende de esta elección.

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Secciones de entrecruzamiento Las secciones de entrecruzamiento donde se producen en un solo sentido los flujos de tránsito cruzar la fusión y divergentes maniobras. Los principales tipos de secciones de entrecruzamiento se ilustran en la figura 2-30. Secciones de entrecruzamiento son diseñadas, comprobado y ajustado de modo que el nivel de servicio es coherente con el camino restante. El nivel de diseño de servicio de una sección de entrecruzamiento es dependiente de su longitud, número de carriles, grado aceptable de la congestión, y los volúmenes relativos de los movimientos individuales. Movimientos de gran volumen de entrecruzamiento suele dar lugar a una fricción considerable y la reducción de la velocidad de todo el tránsito. Además, no hay un límite definido a la cantidad de tránsito que puede ser manejado en una determinada sección entrecruzamiento sin congestión indebida. Este volumen límite es una función de la distribución del tránsito entre los movimientos de entrecruzamiento, la longitud de la sección de entrecruzamiento, y el número de carriles.

Figura 2-30. Secciones de entrecruzamiento

Las secciones de entrecruzamiento se pueden considerar como simple o múltiple. La Figura2-31ª muestra una sección de entrecruzamiento sencillo en el que se sigue una sola entrada por una única salida. Una sección de entrecruzamiento múltiple consiste en dos o más secciones superpuestas de entrecruzamiento. Un múltiplo entrecruzamiento también se puede definir como la porción de un camino de un solo sentido que tiene dos entradas consecutivas seguidas de cerca por una o más salidas, o una entrada seguidos de cerca por dos o más salidas, como se muestra en la Figura 2-31B. Varias secciones de entrecruzamiento se producen con frecuencia en las zonas urbanas, donde existe la necesidad de recaudación y distribución de las concentraciones elevadas de tránsito. Para más información sobre la operación y el análisis de secciones de entrecruzamiento simple y múltiple, consulte el MCC (37). La sección de entrecruzamiento debe tener una longitud y número de carriles en función del nivel de servicio adecuado, como se indica en la Tabla 2-5. El MCC presenta una ecuación para predecir la velocidad media de marcha de entrecruzamiento y no entrecruzamiento de tránsito basado en calzada y el tránsito. Nivel de servicio criterios para las secciones de entrecruzamiento se basan en estas velocidades medias de operación.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-55

Figura 2-31. Secciones de entrecruzamiento simple y múltiple

Caminos multicarriles sin control de acceso Caminos multicarriles puede tratarse de manera similar a las autopistas si encrucijada son poco frecuentes, muchos de los cruces son de grado separado, el desarrollo adyacente es escasa para generar poca interferencia con el flujo de tránsito, o alguna combinación de los mismos. Incluso en aquellos caminos donde tal intromisión es en la actualidad sólo marginal, el proyectista debe prever que para el año el diseño de la interferencia puede ser extensivo a menos que el acceso a la autopista está muy bien gestionado. En la mayoría de los casos, el proyectista debe asumir esa encrucijada extensa y mejoramientos en el negocio es probable que durante la vida de diseño de la instalación. Donde hay encrucijada importante o donde los resultados adyacentes desarrollo en más de una ligera interferencia, la instalación debe ser entendida como una autopista de varios carriles sin control de acceso. Calles arteriales y vías urbanas A menudo es difícil establecer los caudales de diseño de servicios para las calles principales y autopistas urbanas ya que el nivel de servicio prestado por dichas instalaciones no se mantiene estable con el paso del tiempo y tiende a deteriorarse de manera impredecible. Sin embargo, si los principios de gestión de acceso se aplican inicialmente a la calle o camino, un alto nivel de las operaciones puede mantenerse en el tiempo (13.22. 28.39). Generalmente la capacidad de un arterial está dominada por la capacidad de sus intersecciones con semáforos individuales. El nivel de servicio para una sección de un arterial se define por la velocidad de desplazamiento promedio global de la sección. Intersecciones Capacidades de diseño de las intersecciones se ven afectadas por un gran número de variables. En la medida en que estas variables se puede predecir para el año de diseño, las capacidades de diseño se puede estimar por procedimientos de intersecciones señalizadas y unsignalized dadas en el MCC (37). El diseño y el espaciamiento de las intersecciones señalizadas también deben coordinarse con el diseño de semáforos y la eliminación gradual. Peatones y bicicletas El nivel de servicio para peatones y bicicletas se puede evaluar usando procedimientos presentados en el MCC (37).

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2-56

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2.5

CONTROL Y ADMINISTRACIÓN DE ACCESO

2.5.1

Condiciones generales

La regulación de acceso se llama “control de acceso”. Se obtiene a través de la regulación de los derechos de acceso público hacia y desde las propiedades colindantes al camino. Generalmente estas normas se clasifican en: control de acceso total y parcial, administración de acceso y regulaciones de accesos y entradas privadas. Las principales ventajas de controlar el acceso son la conservación o mejoramiento del servicio y la reducción de la frecuencia y gravedad de los accidentes. La ventaja funcional de dar control de acceso en una calle o camino es la gestión de la interferencia con el tránsito. Esta interferencia es creado por los vehículos o peatones que entran, salen, y cruzando el camino. Cuando el acceso a una autopista se gestiona, entradas y salidas están situadas en los puntos más adecuados para satisfacer las necesidades del tránsito y uso de la tierra y están diseñados para permitir que los vehículos que entran y salen del camino con un mínimo de interferencia de tránsito. Vehículos no pueden entrar o salir de otra parte de modo que, independientemente del tipo y la intensidad de desarrollo de las zonas de borde del camino, un servicio de alta calidad se conserva y el potencial de choque se reduce. Por el contrario, en las calles o caminos donde no hay acceso y la gestión de empresas en camino se les permite desarrollarse sin orden ni concierto, la interferencia del camino puede convertirse en un factor importante en la reducción de la capacidad, lo que aumenta el potencial de choque, y la erosión de la función de movilidad de la instalación. Técnicas de control de acceso se puede implementar con dos poderes legales básicos: el poder de policía y de dominio eminente. Esta primera potencia permite un estado de restringir las acciones individuales para el bienestar público. Facultades de la policía proporciona la suficiente autoridad para la mayoría de las técnicas de control de acceso asociado con las operaciones de camino, la ubicación, el diseño de calzada camino de entrada, y la denegación de acceso. El segundo poder permite a un Estado a tomar la propiedad para uso público, siempre que un propietario se ve compensado por su pérdida. Un Estado que tenga que usar el dominio eminente en la construcción de caminos locales de servicios, la compra de la propiedad colindante, la adquisición adicional de derecho de paso, y teniendo derechos de acceso. Sin embargo, una agencia por lo general tiene el poder de negar el acceso directo a través del uso del poder de policía cuando el acceso alternativa razonable disponible. En general, los Estados tienen el poder suficiente para controlar el acceso a un camino mientras el acceso razonable para propiedad colindante. Sin embargo, dar un acceso razonable no significa necesariamente que da acceso directo a la red de caminos del Estado. Coordinación de las políticas de acceso a una regulación clara y definitiva facilita el uso del poder de policía. Debido a que la autoridad y las interpretaciones varían de estado a estado, cada estado debe evaluar sus facultades legales específicas para el control de acceso. Ciertas técnicas pueden no ser legalmente factibles en un estado que no tiene ni la política ni precedente para ponerlas en práctica. El control total de acceso significa que la preferencia se da a través del tránsito, dando conexiones de acceso por medio de ramas con solamente algunas de las vías públicas y al prohibir cruces de calzada en las conexiones directas de grado y privadas.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-57

Con el control parcial de acceso, algunos se deben dar preferencia a través del tránsito. Conexiones de acceso, que pueden ser en grado o de grado separado-, se dan con una selección de las vías públicas y caminos de entrada privados. En general, el control de acceso total o parcial se logra legalmente la obtención de los derechos de acceso de los propietarios de tope (por lo general en el momento de adquisición de un derecho de paso) o por el uso de caminos adyacentes. La administración de acceso implica dar (o gestión) acceso a la tierra y al mismo tiempo preservar el desarrollo de la fluidez del tránsito en la red viaria circundante en términos de capacidad, velocidad y frecuencia de choque baja y severidad (28). La administración de acceso se aplica a todo tipo de caminos y calles. Hace un llamamiento para el establecimiento de políticas de acceso para los distintos tipos de vías, diseños de codificación a estas políticas, con las políticas de acceso incorporado en la legislación, y que tiene la legislación confirmada en los tribunales. La administración de acceso ve el camino y sus actividades en torno a como parte de un único sistema. Como los componentes del sistema son el centro de actividades y de sus sistemas de circulación, el acceso hacia y desde el centro, la disponibilidad de transporte público y los caminos que sirven al centro. Todas las partes son importantes e interactúan entre sí. El objetivo es coordinar la planificación y diseño de cada centro de actividad de preservar la capacidad de todo el sistema y para permitir el acceso eficiente a y de las actividades. La administración de acceso se extiende a los principios de ingeniería de tránsito a la ubicación, diseño y operación de vías de acceso que sirven a las actividades a lo largo de calles y caminos. También incluye la evaluación de la idoneidad de un emplazamiento para diferentes tipos de desarrollo desde un punto de acceso y, en cierto sentido, un nuevo elemento de diseño vial. Camino de entrada/entrada regulaciones pueden aplicarse a pesar de que ningún control de acceso se obtiene. Cada propiedad colindante se permite el acceso a la calle o camino, sin embargo, la ubicación, el número, y el diseño geométrico de los puntos de acceso se regirá por la normativa. La administración de acceso se ocupa de las cuestiones básicas de cuándo, dónde y cómo el acceso debería ser ofrecido o negado, y qué cambios legales o institucionales son necesarios para hacer cumplir estas decisiones. En un contexto general, la administración de acceso es la gestión de recursos, y a una forma de anticipar y evitar la congestión y para mejorar el flujo de tránsito. Los elementos clave de la administración de acceso incluyen la definición del acceso permitido y espacios de acceso para las distintas clases vial, dando un mecanismo para la concesión de las variaciones en el acceso razonable de otra manera no se puede dar, y el establecimiento de medios de tutela de las políticas y decisiones. Estos elementos, junto con el diseño de políticas adecuadas, deben aplicarse a través de un código legal que proporciona una base sistemática y sustentable para la toma de decisiones de acceso. El código debe dar una base común para las decisiones de los sectores público y privado.

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2-58 2.5.2

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles Principios básicos de la administración de accesos

Los principios siguientes definen las técnicas de la administración de accesos:  Clasificar el sistema vial por la función principal de cada camino – Las autopistas enfatizan el movimiento y controlan totalmente los accesos. Las calles locales enfatizan el acceso a la propiedad, más que la movilidad del tránsito. Los caminos arteriales y colectores sirven a una combinación de acceso a la propiedad y movilidad del tránsito.  Limitar el acceso directo a los caminos con mayores clasificaciones funcionales – El acceso directo debe negarse o limitarse a lo largo de los caminos de la clase más alta siempre que un acceso razonable pueda darse a un camino de clase más baja.  Instalar semáforos para enfatizar los movimientos del tránsito directo – Los puntos de acceso semaforizados deben ajustarse en el plan total de coordinación para la progresión del tránsito.  Instalar accesos a propiedad y entradas principales para minimizar la interferencia con las operaciones de tránsito – Los accesos a propiedad y las entradas deben ubicarse fuera de otras intersecciones para minimizar los choques, reducir la interferencia del tránsito, y dar adecuadas longitudes de almacenamiento para los vehículos que giran hacia las entradas.  Usar medianas con cordones y aberturas para administrar los movimientos de acceso y minimizar los conflictos.

El alcance de la administración de acceso depende de la ubicación, tipo y densidad de desarrollo, y la naturaleza del sistema vial. Las acciones de administración de acceso implican la planificación y diseño de nuevos caminos y la modernización de los caminos y accesos a propiedad. 2.5.3

Clasificaciones de accesos

La clasificación de acceso es la base de un programa global de administración de acceso. Define cuándo, dónde y cómo puede darse acceso entre los caminos públicos y los accesos o entradas públicas a las propiedades. La clasificación de accesos relaciona el acceso disponible a cada tipo de camino, junto con su propósito, importancia y características funcionales. El sistema de clasificación funcional da el punto de partida en la asignación de caminos a diferentes categorías de acceso. La modificación de los factores incluye el desarrollo actual de la tierra, la densidad de accesos a propiedad, y las características de diseño geométrico, tales como la presencia o ausencia de cordones elevados de mediana. Un sistema de clasificación de acceso define el tipo y el espaciamiento de accesos permitidos para cada clase de camino. El acceso directo puede negarse, limitarse a giros de entrada y salida por la derecha, o permitidos para todos o la mayoría de los movimientos, según la clase específica y tipo de camino. También se especifica espaciar los semáforos en término de distancia entre semáforos o ancho de banda directa (velocidad de progresión). En el NCHRP Informe 348 de las Guías de gestión de acceso para centros de actividad (28) se dan ejemplos de clasificación de accesos. En el Manual de Gestión de Acceso TRB (35) también puede encontrarse más información.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

2-59

2.5.4 Métodos de control del acceso Las agencias públicas pueden gestionar y controlar el acceso por medio de estatutos, ordenanzas de uso del suelo, las políticas de diseño geométrico y regulaciones de calzada. Control por la agencia de transporte – Todo organismo de transporte estatal y local tiene la

autoridad legal de base para controlar todos los aspectos del diseño vial para proteger la seguridad, salud y bienestar. El grado en que una agencia puede aplicar políticas específicas para los accesos y entradas a la propiedad, ubicaciones de semáforos, controles de uso del suelo, y la denegación de accesos directos se trata específicamente en la legislación y, en cierta medida, en los tribunales estatales. Ordenanzas del uso del suelo – El control del uso del suelo es normalmente administrado por los gobiernos locales - Las ordenanzas locales de zonificación y requisitos de subdivisión puede especificar el diseño del sitio, las distancias de retroceso, tipo de acceso, restricciones de estacionamiento, y otros elementos que influyen en el tipo, volumen y situación de tránsito generado. Diseño geométrico – Las características de diseño geométrico , tales como el uso de medianas elevadas-cordón, el espaciamiento de aberturas de mediana, el uso de caminos laterales, cierre de aberturas de mediana, y canalización de cordones elevados en las intersecciones, todos ayudan en el control de acceso. Regulaciones de acceso a propiedad - Las agencias pueden desarrollar políticas de acceso y detallado calzada/entrada por las normas, reglamentos u ordenanzas, a condición de autoridad estatutaria específica existe. Guías por lo general no requieren autorización específica, pero son débiles legalmente. Las ciudades pueden aprobar ordenanzas que aplican políticas de gestión de acceso. Del mismo modo, las agencias estatales pueden desarrollar regulaciones cuando sea autorizado por la legislación. Las regulaciones pueden denegar el acceso directo al camino si el acceso razonable alternativa se ofrece, pero no pueden “quitar” los derechos de acceso. 2.5.5

Beneficios del control de acceso

Los caminos con control de acceso completo coherente a sólo el 25 al 50% de las tasas de accidentes observados en los caminos, sin el control de acceso. Estas tasas se definen en términos de accidentes por millón de kilómetros por vehículo de los viajes. Autopistas limitar el número y variedad de eventos que encuentran los conductores y, como resultado, las tasas de accidentes son más bajos. Los beneficios de controlar el acceso a un camino fueron reconocidos y bien documentada. A medida que aumenta la densidad de acceso, hay un aumento correspondiente en los choques y tiempos de viaje. Gestión de Buen acceso puede limitar este aumento. Un estudio sobre la congestión por el Instituto de Transporte de Texas ha informado de un 5 - a 8-kmh reducción de la velocidad para cada señal añadida por kilómetro (29). Un estudio de investigación sobre el impacto de la gestión de accesos encontró que a través de los vehículos en la vereda o carril derecho comprende aproximadamente el 20% de la derecha se convierte en el deseo de entrar en un desarrollo (22).

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Como se muestra en las figuras 2-32 a través 2-34. la frecuencia de los puntos de acceso, tales como caminos de entrada o entradas de negocios, afecta sustancialmente a la tasa de fallo para esa sección particular de vía. A medida que el número de puntos de acceso de negocios y aumenta a lo largo de un camino, hay un aumento correspondiente de las tasas de accidentes. Este incremento contrasta con las tasas de accidentes de autopistas que en general siguen siendo los mismos o incluso disminuir ligeramente con el tiempo. Los efectos generalizados de espacio de acceso en accidentes de tránsito se derivan de una síntesis de la literatura y un análisis de 37.500 accidentes (22). El análisis de este estudio muestra el aumento relativo en las tasas de accidentes que se puede esperar a medida que aumenta la densidad total de la calzada. El aumento de la frecuencia de acceso de 10 a 30 puntos de acceso por kilómetro dará lugar a casi duplicar el número de accidentes. Cada punto de acceso adicional por kilómetro aumente la tasa de caída del 5%, por lo que cada punto de acceso adicional por milla aumenta la tasa de accidentes alrededor del 3%. Las figuras 2-32 y 2-33 muestran las tasas de accidentes por frecuencia de acceso y el tipo de medio de vías urbanas/suburbanas y rurales, respectivamente. Las tasas de accidentes lugar, para cada tipo de tratamiento mediana con un aumento en la frecuencia de acceso. Generalmente las medianas no traspasables tienen una tasa de accidentes inferior por giros a la izquierda y dos vías carriles indivisos y secciones viales para todas las densidades de acceso. Sin embargo, como se discute en la Sección 7.3.3. prestación de servicios de las medianas no traspasable eliminará los movimientos a la izquierda en algunas intersecciones y vías de acceso, pero puede aumentar los volúmenes de giro en U en otros lugares por el mismo camino o puede desviar parte del tránsito a otros caminos. El efecto sobre la frecuencia de accidentes de mayores volúmenes de giro en U o el tránsito desviado puede no reflejarse en las figuras 2-32 y 2-33. Para urbanas/suburbanas caminos, tipos representativos de choque para las combinaciones de densidad acceso señalizado y unsignalized se muestra en la Figura 2-34. Esta cifra indica que las tasas de accidentes aumentan con el aumento de la densidad de acceso ya sea unsignalized o señalizada. En resumen, un cierto grado de control de acceso o de gestión de acceso debe ser incluido en el desarrollo de cualquier calle o camino, en particular en una nueva instalación donde la probabilidad de desarrollo comercial existe. El tipo de calle o camino que se construirá debe coordinarse con la tierra a nivel local un plan de uso de modo que el tipo deseado de acceso se puede mantener a través de ordenanzas locales de zonificación y reglamentos de subdivisión. El control de acceso puede variar desde un mínimo de calzada regulaciones para el control total de acceso. Por lo tanto, el alcance de la gestión de acceso práctico es un factor significativo en la definición del tipo de calle o camino.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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Figura 2-32. Estimado de las tasas de accidentes por tipo de Zonas Median-Urbanos y Suburbanos (22)

Figura 2-33. Estimado de las tasas de accidentes por tipo de media-Zonas Rurales (22)

Figura 2-34. Estimado de las tasas de accidentes por el acceso y señalizado Unsignalized densidad urbana y las zonas suburbanas (22) MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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2.6

PEATONES

2.6.1

Consideraciones generales

Las interacciones de los peatones con el tránsito son una consideración importante en la planificación vial y el diseño. Los peatones son una parte de cada ambiente calzada, y se debe prestar atención a su presencia en las zonas rurales como urbanas. El peatón urbano, siendo mucho más frecuentes, más a menudo influye en las características de diseño de los caminos de la zona peatonal rural hace. Debido a las exigencias del tránsito vehicular en las zonas urbanas congestionadas, a menudo es muy difícil hacer las provisiones adecuadas para los peatones. Sin embargo, conviene prever, ya que los peatones son el alma de nuestras zonas urbanas, especialmente en el centro y otras zonas comerciales. En general, las zonas comerciales más exitosas son los que dan la mayor comodidad y placer para los peatones. Instalaciones para peatones incluyen veredas, pasos de peatones, elementos de control de tránsito y cortes de curvas (cordones y veredas con ramas deprimidos) y ramas para los caminantes mayores y las personas con problemas de movilidad. Instalaciones para peatones también incluyen paradas de ómnibus u otro tipo de carga, veredas en las separaciones de grado, y las escaleras, escaleras mecánicas, ascensores o relacionados con estas instalaciones. El público Derechos de Vía Guías de Accesibilidad (41) deben ser considerados en el diseño de los caminos donde se espera que el tránsito peatonal. 2.6.2

Características generales

Para planificar y diseñar las instalaciones peatonales, una comprensión de la peatonal típico que se necesita. El peatón típico no tendrá que caminar más de 1.5 km para trabajar o por encima de 1 km para coger un ómnibus, y cerca del 80% de las distancias recorridas por el peatón será inferior a 1 km (50). El peatón típico es un comprador aproximadamente 50% del tiempo que él o ella es un peatón y de cercanías en un sólo alrededor del 11% del tiempo. Como consecuencia de ello, los volúmenes máximos de peatones cerca del mediodía en lugar de a las horas pico de cercanías, los volúmenes de peatones se ven influidos por tales condiciones transitorias como el clima o, en determinados lugares, las ventas anunciadas. Fluctuaciones en los volúmenes de peatones por hora en una calle de la ciudad se pueden encontrar en la Guía AASHTO para la planificación, diseño y operación de las instalaciones para peatones (4). Acciones peatonales son menos predecibles que los de los automovilistas. Muchos peatones se consideran fuera de la ley en materia de tránsito, y en muchos casos, las regulaciones de peatones no se aplican plenamente. Esto hace que sea difícil diseñar una instalación para movimientos peatonales eficientes. Los peatones tienden a caminar en un camino que representa la distancia más corta entre dos puntos. Por lo tanto, los cruces en adición a aquellos en las esquinas e intersecciones con semáforos pueden ser adecuados en determinados lugares. Los peatones también tienen una resistencia de base a los cambios en el grado o la cota al cruzar los caminos y tienden a evitar el uso subterráneo o instalaciones especiales paso elevado para peatones. También, pasos inferiores peatonales pueden ser zonas potenciales de delitos, la disminución de su uso. La publicación FHWA titulado Informe sobre la Información en Diseño de Iluminación para Mitad de cuadra cruces peatonales (21) informa sobre cuestiones de visibilidad nocturna para los peatones que cruzan los caminos en lugares fuera de las intersecciones.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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La edad de un peatón es un factor importante que puede explicar el comportamiento que lleva a choques entre vehículos y peatones. Peatones muy pequeños son a menudo descuidados en el tránsito, ya sea inexperiencia o exuberancia, mientras que los peatones ancianos pueden verse afectados por las limitaciones en las habilidades sensoriales, perceptivas, cognitivas o motoras. Los atropellos peatonales pueden relacionarse con la falta de veredas, lo que fuerza a los peatones a compartir la calzada con los automovilistas. La construcción vereda debe considerarse en todo mejoramiento urbano/suburbano. Medidas para ayudar a los peatones ancianos y usuarios de la vía pública:  El uso de diseños simples que minimicen anchuras de cruce y minimizar el uso de elementos más complejos tales como la canalización y separadas carriles de giro. Cuando estas características son adecuadas, evaluar diseños alternativos que ayuden a los peatones ancianos, tales como 3. m de ancho de los carriles.  Suponer velocidades de caminar más bajas.  Dar camellones refugio con suficiente amplitud en las intersecciones de ancho.  Iluminar y eliminar fuentes de deslumbramiento en donde se exija la recopilación y procesamiento de información múltiple.  Considerar un sistema de control de tránsito para compatibilizar y avisar con suficiente antelación, o señales guía para situaciones que podrían sorprender a los conductores mayores o peatones o aumentar su frecuencia de accidentes.  Mayor uso de dispositivos de control de tránsito.  Dar señales retrorreflectantes de gran tamaño, con la legibilidad adecuada.  Considere la posibilidad de aumentar el tamaño carta signo y retrorreflectividad para dar cabida a las personas con disminución de la agudeza visual.  Usar correctamente las señales situadas a las indicaciones de gran señal.  Dar marcas mejoradas y delineación.  Utilice la repetición y la redundancia en el diseño y en la firma. Consulte el FHWA Manual de Diseño Vial para conductores mayores y peatones (34). 2.6.3

Velocidades de caminar

Debido a que los peatones tienen una amplia gama de velocidades de marcha, la velocidad a la que pueden cruzar una calle es importante en el diseño. Peatón caminando medio rango de velocidades de aproximadamente 0.8 a 1.8 m/s. Generalmente las personas mayores caminan a velocidades en el extremo inferior de este rango. El diseño de intersección puede verse directamente afectado por la supuesta velocidad de caminata, sobre todo cuando los pasos de peatones son controlados por semáforos peatonales. El Manual de Dispositivos Uniformes de Control de Tránsito (MUTCD) (19) establece un doble proceso de cálculo de los tiempos de cruce de peatones y distancias. En primer lugar, el tiempo de eliminación del peatón (intermitente no caminan) se basa en una velocidad de desplazamiento de 1.1 m/s medida a partir de vereda a vereda. En segundo lugar, la fase total del cruce peatonal (caminata más intermitente) se calcula utilizando una velocidad de desplazamiento de 0.9 m/s para un cruce medidos desde la parte superior de la rama de la vereda a la vereda lejos. Estas velocidades de peatones caminando utilizados en la MUTCD tienen implicaciones para el diseño geométrico porque acortar la distancia de cruce mediante el uso de cordón bulbo de espera o carriles más estrechos puede reducir el tiempo para la fase peatonal, aumentando así el tiempo disponible para oponerse tránsito vehicular. Velocidades de marcha son más rápidas en lugares bloque central que en las intersecciones, son más rápidos para los hombres que para las mujeres, y son afectados por pendientes pronunciadas. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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La temperatura del aire, la hora del día, el motivo del viaje, y el hielo y la nieve afectan la velocidad de caminata de los peatones. La edad avanzada es la causa más común de las velocidades más lentas para caminar, y en zonas donde haya muchas personas mayores debe considerarse una velocidad de 0.9 m/s para el diseño. 2.6.4

Nivel de servicio de vereda

Las velocidades de caminar disminuyen al aumentar la densidad peatonal en la vereda. Como las capacidades del camino, existen velocidades y densidades óptimas en las veredas que llevan mayor volumen. El ancho de vereda para los cálculos debe reducirse en los parquímetros, hidrantes, puestos de periódicos, cestos de basura, postes, u obstrucciones similares. Para un análisis más detallado de diseño vereda, escalera, y paso de peatones y de las capacidades, consultar la Guía AASHTO para planificar, diseñar y operar las instalaciones peatonales (4) y el Manual de Capacidad de caminos (37). 2.6.5

Intersecciones

Cuando los peatones encuentran una intersección, hay una interrupción importante en el flujo de peatones. La vereda debe dar un área de almacenamiento suficiente para quienes esperan cruzar, y un área para el paso del tránsito de peatones transversal. Una vez que los peatones tienen la indicación a pie, la anchura y la longitud del paso de peatones se vuelven importantes. Pasos de peatones debe ser suficientemente ancha para acomodar el flujo de peatones en ambos sentidos en la longitud de la fase de la señal de peatones. Cuanto más amplia sea la calle, más tiempo se tarda en cruzar un peatón y señales horarias proporcionalmente menos verde estará disponible para los movimientos de las calles principales. Además, el más largo es el tiempo de paso de peatones, la larga sea la exposición a los posibles peatones/vehículos conflictos. Si la intersección no es la señal de control o si las señales de alto no controlan el motor a través del tránsito vehicular, los peatones deben esperar claros adecuados en el tránsito para cruzar. Cuanto más amplia sea la calle, cuanto mayor sea la distancia que se necesita para dar tiempos suficientes cruce de peatones. En condiciones urbanas, los tiempos de cruce de peatones se puede reducir mediante el uso de carriles más estrechos o dando planteado-encintado medianas. Sin embargo, la seguridad del tránsito y el camino razonable y las necesidades de intersección de capacidad aún se deben cumplir cuando se considera la reducción de tiempos de cruce. 2.6.6

Reducción de conflictos peatón-vehículo

Las siguientes medidas pueden ayudar a reducir los conflictos vehiculares peatonales y mejorar las operaciones en las autopistas urbanas: (1) eliminar las vueltas a la izquierda y/o derecha, (2) prohibir el libre flujo de los movimientos de giro a la derecha, (3) prohíben el giro a la derecha en rojo, ( 4) la conversión de dos vías para operación unidireccional, (5) dar fases distintas señales para los peatones, (6) eliminar cruces seleccionados, y (7) para dar peatonales separaciones de grado. Estas y otras consideraciones peatonales se detallan en los Capítulos siguientes y en la Guía AASHTO para la planificación, diseño y operación de las instalaciones para peatones (4). 2.6.7

Características de personas con discapacidades

Diseño de los caminos con las características de las personas con discapacidad pueden mejorar la movilidad de este sector de nuestra sociedad. Para atender adecuadamente a las personas con discapacidad, el proyectista debe tener en cuenta la variedad de discapacidades que esperar para que el diseño adecuado pueda darles cabida. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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El proyectista se advierte a revisar adecuadamente todas las normas locales y nacionales para el adecuado cumplimiento de las normas y reglamentos aplicables. Para más detalles, véase la sección 4.17.3 en “ramas”, así como la Guía AASHTO para la planificación, diseño y operación de las instalaciones para peatones (4) y el público en Zona de camino Guías de Accesibilidad (41). Impedimentos de movilidad Algunas personas con problemas de movilidad son capaces de caminar sin dispositivos de ayuda, pero lentamente y con dificultad. Otras personas con problemas de movilidad pueden necesitar la ayuda de aparatos ortopédicos, bastones, muletas, sillas de ruedas o scooters. Las escaleras, cordones y planteadas las isletas de canalización son las obstrucciones viales a estos peatones. Modificaciones de diseño debe dar ramas en lugar de escaleras o cordones. Las ruedas delanteras de una silla de ruedas son muy sensibles a los obstáculos; cualquier protuberancia puede poner en peligro el progreso de una silla de ruedas y puede aumentar la posibilidad de que un usuario va a ser propulsado fuera de la silla de ruedas. Impedimentos visuales Los peatones con discapacidad visual necesitan una consideración especial. Las intersecciones son el elemento de transporte más complicado para las personas con discapacidad visual. Cruces complicados tales como aquellos en las intersecciones canalizadas se puede mejorar mediante la instalación de tiras de guía. Cortes vereda veredas para sillas de ruedas hacen que sea difícil para los peatones con discapacidad visual para localizar la línea de cordón. Adición de un 60 cm franja de advertencia detectable en la parte inferior de la rama de la vereda que cumpla con las especificaciones de diseño de las Guías de Accesibilidad para el Público Zona de camino (41) beneficiará a las personas con discapacidad visual. Debido a que los discapacitados visuales a menudo se basan en el sonido del tránsito al cruzar las intersecciones, se debe tener precaución al considerar las fases de giro exclusivo u otros movimientos inusuales de tránsito. Deficiencias del desarrollo Muchas personas con discapacidades del desarrollo son incapaces de conducir y, por lo tanto, a menudo viajan como peatones. Para ayudar a estos peatones, incluyendo niños pequeños, señales peatonales u otras instalaciones relacionadas con el peatón debe ser simple, directa y coherente en su significado. 2.7

INSTALACIONES CICLISTAS

La bicicleta es un elemento importante a considerar en el proceso de diseño del camino. La calle existente y la red vial dan la mayor parte de la red necesaria para el recorrido en bicicleta. Mientras que muchas agencias viales permiten bicicletas en instalaciones controladas parcialmente el acceso, la mayoría de los organismos viales no permiten bicicletas en instalaciones controladas acceder plenamente a menos que ninguna ruta alternativa disponible. Los mejoramientos como las siguientes, generalmente de costo bajo a moderado, pueden reducir la frecuencia de los accidentes en una calle o camino, y facilitar el tránsito de bicicletas:  banquinas pavimentados  más amplio fuera de los carriles de tránsito (4.2 m como mínimo), si no existen las banquinas  bicicleta compatible con rejillas de drenaje  ajustar las tapas de acceso al ras  el mantenimiento de una superficie lisa, limpia MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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En ciertos lugares o en ciertos corredores, es adecuado para complementar la red vial existente, al establecer ciclovías habilitadas para ello (ya sea para uso de la bicicleta en exclusiva o no exclusiva). Para las medidas adecuadas para el tránsito de bicicletas, el proyectista debe estar familiarizado con las dimensiones de bicicletas, características de operación y necesidades. Estos factores determinan los radios de giro aceptable, las pendientes y la distancia visual. En muchos casos, las características de diseño de instalaciones para bicicletas separadas son controladas por el camino adyacente y por el diseño del propio camino. Para mayor información, consulte la Guía AASHTO para el Desarrollo de Facilidades de bicicletas (2) y otras investigaciones en curso (42). 2.8

SEGURIDAD

La atención a la seguridad vial fue señalada por el Congreso de los EUA, así como otras organizaciones nacionales relacionadas con la seguridad. En julio de 1973. después de las audiencias sobre la seguridad vial, el diseño y las operaciones se llevaron a cabo por los subcomités del Comité de la Cámara de Obras Públicas, el siguiente mandato fue publicado por el Comité: ¿Quién es responsable de observar que la máxima seguridad se incorpore en nuestro sistema de transporte vehicular? En esto, el subcomité es inflexible. Es la responsabilidad del Gobierno y específicamente aquellas agencias que, por ley, se les ha dado ese mandato. Esta responsabilidad comienza con el Congreso y fluye a través del Departamento de Transporte, la Administración Federal vial, el Departamento de caminos del Estado y los organismos de seguridad y las unidades para caminos y autopistas de los condados, municipios, ciudades y pueblos. No hay retirada de este mandato, ya sea en su letra o en su espíritu (7). Este énfasis por el Congreso en materia de seguridad también se ha evidenciado por la aprobación de la Ley de Seguridad Vial de 1966 y posterior renovación del programa de protección de los caminos federales a intervalos regulares. 2.8.1

Factores clave relacionados con los choques viales

Accidentes rara vez resultan de una influencias individuales de causa por lo general varios afectar a la situación en un momento dado. Estas influencias se pueden dividir en tres grupos: el elemento humano, el elemento del vehículo, y el elemento de camino. Aunque esta política se ocupa principalmente de las características del camino y el diseño, el papel de los factores psicológicos está siempre presente. Un error en la percepción o juicio o una acción errónea por parte del conductor puede fácilmente conducir a un accidente. La frecuencia de los accidentes de tránsito en las instalaciones del camino en particular es muy fuerte influencia de los volúmenes de tránsito actuales. Generalmente las frecuencias de choques aumentan no linealmente con el aumento del volumen de tránsito. Diseño de la calzada Los caminos deben diseñarse para reducir el número de decisiones del conductor y las situaciones inesperadas. El número de choques aumenta con el número de decisiones que necesita realizar el conductor. La uniformidad en las características de diseño vial y los dispositivos de control de tránsito desempeñan un papel importante en la reducción del número de decisiones necesarias, y por este medio, el conductor se da cuenta qué esperar en un determinado tipo de camino.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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El factor de diseño más importante que contribuye a las frecuencias bajas de choque para caminos es la provisión de control de acceso completo. Control de acceso completa reduce el número, la frecuencia y variedad de eventos que los conductores encontrar. El efecto beneficioso de este elemento se ha documentado en los informes de un estudio de investigación cooperativa (77) de la FHWA y 39 agencias viales estatales. Una de las principales conclusiones de este estudio es que los caminos sin control de acceso, invariablemente, tenían mayores tasas de accidentes que los que tienen el control de acceso. Este estudio mostró que las tasas de accidentes, lesiones y fatalidades en los caminos interestatales son entre el 30 y el 76% de las tasas comparables de caminos convencionales que existían antes de las autopistas interestatales se abrieron al tránsito. Ningún otro elemento de diseño único puede reclamar reducciones comparables. Si bien la prestación de control de acceso completo es de gran valor como medio para preservar la capacidad de los caminos arteriales y minimizar el potencial de choque, no es práctico para dar control de acceso completo en todos los caminos. Las vías de acceso sin control de acceso son esenciales como las instalaciones de servicios en tierra, y las características de diseño y las características de operación de estos caminos deben ser cuidadosamente planificadas para que se reduzcan los conflictos y minimizar la interferencia entre vehículos y aun así satisfacer las necesidades de los usuarios de los caminos. La velocidad es a menudo un factor que contribuye a los accidentes, pero su papel debe estar relacionado con las condiciones reales en un lugar del accidente para ser comprendidos. No es adecuado concluir que cualquier velocidad dada es más seguro que otro para todas las combinaciones de los muchos tipos de conductores, vehículos, caminos, y las condiciones locales. Para un camino con condiciones de camino particularmente adversos, una velocidad relativamente baja puede resultar en un menor número de choques que una velocidad alta, pero esto no significa necesariamente que todos los accidentes potenciales pueden eliminarse mediante la reducción de velocidades. Del mismo modo, los vehículos que circulen en los caminos buenas a una velocidad relativamente alta puede tener menores tasas de apartadero de choque de vehículos que circulan a velocidades más bajas, pero no se sigue necesariamente que una velocidad más alta tendría aún más bajas tasas de accidentes. La velocidad más adecuada para cualquier camino depende de las características de diseño, condiciones de los caminos, los volúmenes de tránsito, condiciones meteorológicas, el desarrollo del camino, el espaciamiento de los caminos se cruzan, los volúmenes de tránsito transversal, y otros factores. Los accidentes no se relacionan tanto a la velocidad como al rango de velocidades desde el más alto hasta el más bajo. Independientemente de la velocidad media en un camino principal rural, a mayor desviación de un conductor desde esta velocidad media -inferior o superior- mayor es la probabilidad de involucrarse en accidentes. Las características de diseño que reducen la variación de velocidad de los vehículos (por ejemplo, pendientes planas, carriles de cambio de velocidad, separaciones de niveles, y buena señalización vertical y horizontal) contribuyen a reducir la frecuencia de los accidentes. Normalmente, los accidentes que involucran vehículos que viajan a altas velocidades son más graves que los vehículos a velocidades bajas. Otras características de diseño demostraron influir en la frecuencia y gravedad de los choques; por lo menos, algunos tipos de caminos incluyen tratamientos de mediana, carriles auxiliares, alineamiento horizontal y vertical, anchos de carril y banquina, tipos de banquina, otros elementos de sección transversal, y la iluminación (8). En las intersecciones, la frecuencia y gravedad de los choques están influidas por el tipo de control de tránsito, ángulo de intersección, disposición de carriles auxiliares, e iluminación (8). MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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Diseño de costado de calzada Los choques que involucran vehículos solos salidos desde la calzada constituyen más de la mitad de todos los accidentes mortales en las autopistas y otros tipos de caminos. Cuando un vehículo se sale de la calzada, el conductor ya no tiene la capacidad de controlar totalmente el vehículo. Cualquier objeto en o cerca de la calzada se convierte en un factor potencial que contribuye a la gravedad del choque. El concepto de un costado de calzada indulgente no debe aplicarse aisladamente a cada elemento de diseño, sino como un aproximación integral del diseño vial. La Guía de Diseño de Costado de Calzada (7) presenta una visión general de AASHTO en este aspecto; tales políticas se reflejan en este libro en los criterios para específicos elementos de diseño geométrico. Fundamental del concepto de costado de calzada indulgente es proveer un área de recuperación despejada. El área sin obstrucciones, desplazable más allá del borde de la calzada conocida como la “zona despejada “ es para la recuperación de los vehículos errantes. La guía de diseño para anchos de zona despejada en función de la velocidad, volumen de tránsito, y pendiente del terraplén se presenta en la Guía de Diseño de Costado de Calzada de AASHTO (7). Cuando se establece una zona libre de ancho completo en un área urbana no es práctico debido a las limitaciones de zona de camino, se debería considerar la posibilidad de establecer una zona clara reducción o la incorporación de mayor número de zonas claro conceptos como práctica, tales como la eliminación de objetos en camino o hacerlos a prueba de choques. Análisis costo-efectividad se puede utilizar para evaluar el diseño adecuado de camino para determinadas instalaciones. En el diseño del camino, hay dos elementos principales deben ser controlados por el proyectista: pistas de camino y obstáculos inflexibles. NCHRP Report 247 (23) discute la efectividad de las zonas de recuperación claras. La Guía de Diseño de Costado de Calzada de AASHTO (7) también aborda los efectos que la pendiente y otras características topográficas tienen en la efectividad de las zonas de recuperación. En los caminos existentes, AASHTO recomienda las siguientes prioridades para el tratamiento de los obstáculos en camino:  Retire el obstáculo o rediseñarlo para que pueda ser atravesado de forma segura.  Reubicar el obstáculo a un punto en menos probable que se golpeó.  Reducir la gravedad de los impactos con el obstáculo mediante el uso de un dispositivo de desprendimiento adecuado.  Resentido de un vehículo protegiendo el obstáculo con una barrera de tránsito longitudinal y/o amortiguador de choques. »Delinear el obstáculo si estas alternativas no son adecuadas. El diseño de las barandas y sistemas de barrera se trata en la Guía de Diseño de Costado de Calzada de AASHTO (7), NCHRP Report 350 (32), y el Manual de AASHTO para la evaluación de seguridad de hardware (6). Estas publicaciones en cuenta que el tratamiento de secciones de extremo en una baranda o barrera es de particular preocupación. Dispositivos de control de tránsito La comunicación con el conductor es probablemente uno de los retos más complejos para el proyectista. Una de las mejores herramientas disponibles en cuanto a la comunicación automovilista es el MUTCD (19), que presenta los criterios nacionales para la aplicación uniforme de la firma, señalización, canalización pintado, y marcas en el pavimento de las autopistas en EUA. Un mensaje principal del MUTCD es la importancia de la uniformidad. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño

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Usuarios de los caminos dependen de los dispositivos de control de tránsito (señales, marcas y señales) de información, advertencia y orientación. Tan grande es la dependencia de los usuarios de las autopistas de la información de tal manera que uniformes y de alta calidad de los dispositivos de control de tránsito son necesarios para el uso efectivo y la aceptación pública de cualquier camino, independientemente de su excelencia en anchura, alineamiento y diseño estructural. Todos los dispositivos de control de tránsito aéreo debe tener las siguientes características: (1) cumplir con una necesidad importante, (2) llaman la atención, (3) transmiten un significado claro, sencillo, (4) el respeto comando de usuarios de la vía, y (5) dar una respuesta adecuada tiempo. Además, los dispositivos que controlan o regulan el tránsito deben ser sancionados por la ley. Cuatro características principales de los dispositivos de control de tránsito son: diseño, colocación, mantenimiento y uniformidad. Se debe considerar que estos atributos durante el diseño de una autopista para que el número de dispositivos se mantiene a un mínimo y que las que se necesitan pueden ser correctamente colocado. 2.8.2

Recursos clave de seguridad

Recursos clave disponibles para ayudar a los organismos viales en la gestión y mejoramiento de la seguridad incluyen el Informe NCHRP 500 series (39) y la AASHTO Highway Safety Manual (HSM) (8). NCHRP Reporte 500 consta de una serie de guías destinadas a ayudar a las agencias viales en la aplicación de la AASHTO Camino Plan Estratégico de Seguridad (5). Estas guías de identificar las estrategias específicas que se pueden utilizar para reducir la frecuencia de accidentes y la gravedad y presentar la información disponible sobre la aplicación y la eficacia potencial de estas estrategias. El HSM AASHTO (8) incluye cuatro partes que presentan información y procedimientos para ayudar a los organismos viales en la gestión y mejoramiento de la seguridad: HSM Parte A introduce y revisa los fundamentos básicos del HSM. HSM Parte B describe el proceso de gestión de la seguridad utilizada por los organismos

viales, incluyendo seis actividades principales: detección de red para identificar sitios potenciales de mejora, el diagnóstico de contramedidas selección, evaluación valoración económica, orden de prioridad y efectividad. Software para implementar el proceso de gestión de la seguridad está disponible en SafetyAnalyst (25. 9). HSM Parte C presenta un método de predicción para estimar la frecuencia y severidad de accidente de futuro para los caminos y las calles y los efectos potenciales de las alternativas de diseño propuestos en la frecuencia y severidad de accidente futuro. Software para obtener este tipo de predicciones está disponible en el modelo de diseño vial interactivo de seguridad (IHSDM) (20). HSM Parte D presenta un catálogo de factores de modificación de choque que representan el efecto del diseño geométrico individual y las características de control de tránsito en la frecuencia de accidente y su gravedad.

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2-70 2.8.3

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles Programas de mejoramiento de la seguridad

Una evaluación de la seguridad viable y un programa de mejoramiento es una parte vital del programa vial de mejoramiento general. La identificación de oportunidades potenciales para reducir la frecuencia o gravedad de accidente, la evaluación de la eficacia de soluciones alternativas, y la programación de los fondos disponibles para los mejoramientos más eficaces son de importancia primaria. La seguridad de los pasajeros debe reflejarse en todo programa vial. AASHTO desarrolló un Plan Estratégico de Seguridad Vial (5) y los distintos organismos viales desarrollaron planes integrales de seguridad vial. La parte B del HSM (5) y el software SafetyAnalyst (25. 9) pueden ayudar a las agencias viales en la gestión de sus programas de mejoramiento de la seguridad. 2.8.4

Desarrollo del proyecto

Parte C de la AASHTO HSM (8) proporciona un método que puede ser utilizado por los proyectistas del camino para hacer estimaciones cuantitativas de las diferencias entre las alternativas de diseño posibles en la frecuencia y severidad de choque para ayudar a los organismos viales en la toma de decisiones de diseño. El método de predicción en la primera edición de la HSM no se ocupa de cada tipo de establecimiento y característica de diseño de interés potencial y no tiene en cuenta las posibles interacciones entre las características de diseño. Sin embargo, el HSM representa un paso importante hacia un proceso de proyecto basado en el desempeño del desarrollo. El IHSDM FHWA (20) proporciona una herramienta de software para implementar los procedimientos de la Parte C de HSM. 2.9

AMBIENTE

Un camino tiene una amplia gama de efectos, además de dar servicios de tránsito a los usuarios. Es esencial que el camino se considere como un elemento de todo el ambiente. El término “ambiente”, tal como se utiliza aquí se refiere a la totalidad de los alrededores de la humanidad: social, físico, natural y sintético. Incluye la salud humana, animal y de las comunidades vegetales y de las fuerzas que actúan sobre los tres. El camino puede y debe ser situado y diseñado para complementar su entorno y servir como catalizador para el mejoramiento del ambiente. El área que rodea a un proyecto de camino es un sistema interrelacionado de variables naturales, sintéticos y sociológico. Los cambios en una variable en este sistema no se pueden hacer sin algún efecto sobre otras variables. Las consecuencias de algunos de estos efectos pueden ser insignificantes, pero otros pueden tener un impacto fuerte y duradero sobre el ambiente, incluyendo el mantenimiento y el mejoramiento de la calidad de la vida humana. Debido a la ubicación de caminos y las decisiones de diseño afectan el desarrollo de las zonas adyacentes, es importante que las variables ambientales se tomen plenamente en consideración. Además, se debe tener cuidado para proceder según los requisitos ambientales locales, estatales y federales. 2.10

ANÁLISIS ECONÓMICO

La economía vial se refiere a los costos de un mejoramiento propuesto y a las ventajas resultantes. Puede utilizarse el documento de AASHTO Análisis del Beneficio del Usuario Vial (3) puede para los análisis económicos de los mejoramientos propuestos.

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Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño 2.11

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REFERENCIAS

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mance Evaluation of Highway Features. NCHRP, Transportation Research Board, Washington, DC, 1993. http://onlinepubs.trb.org/onlinepubs/nchrp/nchrp_rpt_350-a.pdf 33. Schmidt, I. and P. D. Connolly. Visual Considerations of Man, the Vehicle and the Highways. Paper No. SP-279-SAE. Society of Automotive Engineers, New York, 1966. Available for purchase from SAE International at http://papers.sae.org/660164 34. Staplin, L., K. Lococo, S. Byington, and D. Harkey. Highway Design Handbook for Older Drivers and Pedestrians. FHWA-RD-01-103. Federal Highway Administration, U.S. Department of Transportation, McLean, VA, May 2001. http://www.fhwa.dot.gov/publications/research/safety/humanfac/01103/ 35. Tilley, D. H., C. W. Erwin, and D. T. Gianturco. Drowsiness and Driving: Preliminary Report of a Population Survey. Paper No. 730121-SAE. Society of Automotive Engineers, New York, 1973. Available for purchase from SAE International at http://papers.sae.org/730121 36. TRB. Human Factors and Safety Research Related to Highway Design and Operations Records. In Transportation Research Record 1281. Transportation Research Board, National Research Council, Washington, DC, 1990. http://pubsindex.trb.org/view.aspx?id=364894 37. TRB. Highway Capacity Manual. MCC 2000. Transportation Research Board, National Research Council, Washington, DC, 2000 or most current edition. 38. TRB. Access Management Manual. Transportation Research Board, National Research Council, Washington, DC, 2003 or most recent edition. 39. TRB. National Cooperative Highway Research Program Report 500: Guidance for Implementation of the AASHTO Strategic Highway Safety Plan. Transportation Research Board, National Research Council, Washington, DC. http://www.trb.org/Main/Blurbs/NCHRP_Report_500_Guidance_for_Implementation_of_ thJ52868.aspx Volume 1: A Guide for Addressing Aggressive-Driving Collisions, 2003 Volume 2: A Guide for Addressing Collisions Involving Unlicensed Drivers and Drivers with Suspending or Revoked Licenses, 2003 Volume 3: A Guide for Addressing Collisions with Trees in Hazardous Locations, 2003 Volume 4: A Guide for Addressing Head-On Collisions, 2003 Volume 5: A Guide for Addressing Unsignalized Intersection Collisions, 2003 Volume 6: A Guide for Addressing Run-off-Road Collisions, 2003 Volume 7: A Guide for Reducing Collisions on Horizontal Curves, 2004 Volume 8: A Guide for Reducing Collisions Involving Utility Poles, 2004 Volume 9: A Guide for Reducing Collisions Involving Older Drivers, 2004 Volume 10: A Guide for Reducing Collisions Involving Pedestrians, 2004 Volume 11: A Guide for Increasing Seatbelt Use, 2004 Volume 12: A Guide for Reducing Collisions at Signalized Intersections, 2004 Volume 13: A Guide for Reducing Collisions Involving Heavy Trucks, 2004 Volume 14: A Guide for Reducing Crashes Involving Drowsy and Distracted Drivers, 2005 Volume 15: A Guide for Enhancing Rural Emergency Medical Services, 2005 Volume 16: A Guide for Reducing Alcohol-Related Collisions, 2005 Volume 17: A Guide for Reducing Work Zone Collisions, 2005 Volume 18: A Guide for Reducing Collisions Involving Bicycles, 2008 Volume 19: A Guide for Reducing Collisions Involving Young Drivers, 2007 Volume 20: A Guide for Reducing Head-On Crashes on Freeways, 2008 Volume 21: Safety Data and Analysis in Developing Emphasis Area Plans, 2008 MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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Volume 22: A Guide for Addressing Collisions Involving Motorcycles, 2008 Volume 23: A Guide for Reducing Speed-Related Crashes, 2009 40. T. Y. Lin International. Comparison of Turning Radius, Specifications, and Measurements for a 45’ Bus. Golden Gate Bridge Highway & Transportation District and Metropolitan Transportation Commission, San Francisco, CA, 2005. 41. U.S. Access Board. Public Rights-of-Way Accessibility Guidelines. Revised 2005 Draft. U.S. Access Board, Washington, DC, 2005. http://www.access-board.gov/prowac/draft.htm 42. Wilkinson, III, W. C., A. Clarke, B. Epperson, and R. L. Knoblauch. Selecting Roadway Design Treatments to Accommodate Bicycles. FHWA-RD-92-073. Federal Highway Administration, U.S. Department of Transportation, McLean, VA, January 1994. https://scholarsbank.uoregon.edu/xmlui/handle/1794/10427

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TOMO 1 CAPÍTULO 3

ELEMENTOS DEL DISEÑO

3.1

INTRODUCCIÓN

3-1

3.2

DISTANCIA VISUAL

3-1

3.3

ALINEAMIENTO HORIZONTAL

3-18

3.4

ALINEAMIENTO VERTICAL

3-94

3.5

COMBINACIONES DE ALINEAMIENTOS HORIZONTAL Y VERTICAL 3-144

3.6

OTRAS CARACTERISTICAS QUE AFECTAN AL Dº GEOMÉTRICO

3-150

3.7

REFERENCIAS

3-161

Capítulo 3 – Elementos del Diseño 3

ELEMENTOS DEL DISEÑO

3.1

INTRODUCCIÓN

3-1

El alineamiento de un camino o calle produce un gran impacto en el ambiente, la estructura de la comunidad, y el usuario vial; consiste en una variedad de elementos de diseño que se combinan para crear una instalación que sirve al tránsito de forma segura y eficiente, de acuerdo con su función. Cada elemento del alineamiento debe complementar otros para obtener un diseño coherente, seguro y eficiente. El diseño de los caminos y calles en determinadas clases funcionales se trata por separado en Capítulos posteriores. Común a todas las clases de caminos y calles son varios de los elementos principales del diseño. Estos incluyen la distancia visual, peralte, calzada ampliación, las pendientes, los alineamientos horizontales y verticales, y otros elementos de diseño geométrico. Estos elementos de alineamiento se discuten en este Capítulo, y, en su caso, en los últimos Capítulos pertenecientes a las clases de caminos funcionales específicas. 3.2 DISTANCIA VISUAL 3.2.1 Consideraciones Generales La capacidad de un conductor para ver hacia adelante es necesaria para la operación segura y eficiente de un vehículo en un camino de alto. Por ejemplo, en un ferrocarril los trenes se limitan a una trayectoria fija; sin embargo, un sistema de señal de bloqueo y operadores especializados son necesarios para una operación segura. En contraste, la trayectoria y la velocidad de los vehículos automotores en caminos y calles están sujetas al control de conductores cuya capacidad, capacitación y experiencia son muy variados. El proyectista debe dar la distancia visual de longitud suficiente para que los conductores puedan controlar la operación de sus vehículos para evitar golpear un objeto inesperado en la calzada. Algunos caminos de dos carriles debe tener también la distancia visual suficiente para permitir a los conductores a utilizar el carril de circulación contraria para adelantarse otros vehículos sin interferir con los vehículos que se aproximan. Generalmente los caminos rurales de dos carriles deben dar distancia visual de adelantamiento a intervalos frecuentes y partes considerables de su longitud. Por otro lado, normalmente es de poco valor práctico dar distancia visual de adelantamiento en calles o arterias urbanas de dos carriles. La proporción de la longitud de un camino con distancia visual suficiente para adelantarse a otro vehículo y el intervalo entre las oportunidades de adelantamiento debe ser compatible con la función deseada del camino y el nivel de servicio deseado. Los criterios de diseño y orientación específicos aplicables a las clasificaciones funcionales de los caminos y las calles se presentan en los Capítulos 5 al 8. A continuación se analizan cuatro aspectos de la distancia visual: (1) distancias visuales de detención necesarias, aplicables en todos los caminos, (2) distancias visuales de adelantamiento necesarias, aplicables sólo en caminos de dos carriles, (3) distancias visuales de decisión necesarias, aplicables en lugares complejos, y (4) criterios para medir estas distancias visuales para su uso en el diseño. El diseño del alineamiento horizontal y la rasante para proveer distancias visuales y satisfacer los criterios de diseño aplicables se describen más adelante. Las condiciones especiales relacionadas con distancias visuales en las intersecciones se discuten en la Sección 9.5.

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3-2 3.2.2

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles Distancia visual de detención

La distancia visual es la longitud del camino por delante, visible para el conductor. La distancia visual disponible en un camino debe ser lo suficientemente largo como para permitir que un vehículo que viaje en o cerca de la velocidad directriz se detenga antes de llegar a un objeto inmóvil en su trayectoria. Aunque son deseables mayores longitudes visibles de camino, la distancia visual en cada punto a lo largo de un camino debe ser por lo menos igual a la necesaria como para que un conductor inferior al promedio se detenga. La distancia visual de detención es la suma de dos distancias: (1) distancia recorrida por el vehículo desde el instante en que el conductor ve un objeto que requiere una detención, hasta el instante en que aplica los frenos, y (2) distancia necesaria para detener el vehículo desde el instante en que comienza la aplicación del freno. Estas distancias se conocen como de reacción al frenado y de frenado. Tiempo de reacción al freno El tiempo de reacción al freno es el lapso desde el instante en que el conductor reconoce un obstáculo en el camino por delante que requiere frenar, hasta el instante en que el conductor realmente aplica los frenos. Bajo ciertas condiciones especiales, como situaciones de emergencia indicadas por bengalas o luces intermitentes, los conductores realizan estas tareas casi al instante. En la mayoría de otras condiciones, el conductor necesita ver el objeto, reconocerlo como un objeto estacionario o de movimiento lento contra el telón de fondo del camino y de otros objetos, tales como muros, vallas, árboles, postes o puentes. Tales determinaciones requieren tiempo, el cual varía considerablemente con la distancia al objeto, la agudeza visual del conductor, la rapidez natural con la que el conductor reacciona, la visibilidad atmosférica, tipo y condición del camino, y naturaleza del obstáculo. La velocidad del vehículo y el entorno vial probablemente también influyen en el tiempo de reacción. Normalmente, un conductor que viaja a o cerca de la velocidad directriz está más alerta que viajando a una velocidad menor. Un conductor en una calle urbana que enfrenta innumerables conflictos potenciales con los vehículos estacionados, calzadas y calles transversales es probable que también esté más alerta que el mismo conductor en una vía de acceso limitado, donde tales condiciones serían casi inexistentes. El estudio de los tiempos de reacción de Johansson y Rumar (39), Sección 2.2.6. se basó en datos de 321 conductores que esperaban aplicar sus frenos. El valor del tiempo medio de reacción fue de 0.66 s, con un 10% utilizando 1.5 s o más. Estos hallazgos se correlacionan con los de estudios anteriores en los que también se evaluaron a conductores alertados. Otro estudio (44) encontró 0.64 s como tiempo medio de reacción, mientras que el 5% de los conductores necesitó más de 1 s. En un tercer estudio (48), los valores de tiempo de reacción al frenado variaron entre 0.4 y 1.7 s. En el estudio de Johansson y Rumar (39), cuando la solicitación al frenado fue inesperada, los tiempos de reacción aumentaron en aproximadamente 1 s o más; algunos tiempos de reacción fueron mayores que 1.5 s. Este aumento del tiempo de reacción respaldó anteriores pruebas de laboratorio y camino de las que se extrajo la conclusión de que un conductor que necesita 0.2 a 0.3 s de tiempo de reacción bajo condiciones de alerta necesitaría 1.5 s de tiempo de reacción bajo condiciones normales.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-3

Así, los tiempos mínimos de reacción al frenado serían al menos al menos 1.64 s; 0.64 s para los conductores alertados más 1s por suceso inesperado. Debido a que los estudios utilizaron simples señales preestablecidas, representaron las condiciones viales menos complejas. Incluso bajo estas condiciones simples se encontró que algunos conductores demoraron 3.5 s para reaccionar. Dado que las condiciones reales en el camino son generalmente más complejas que las de los estudios, y porque hay una amplia variación en los tiempos de reacción del conductor, es evidente que el criterio adoptado para su uso debe ser mayor que 1.64 s. El tiempo de reacción del freno utilizado en el diseño debe ser suficientemente largo para incluir los tiempos de reacción necesarios por casi todos los conductores bajo la mayoría de condiciones de camino. Tanto la investigación reciente (77) y los estudios documentados en la literatura (39. 44. 48) muestran que un tiempo de reacción al frenado de 2.5 s abarca las capacidades de la mayoría de los conductores, incluidos los conductores ancianos. El criterio de diseño recomendado de 2.5 s para el tiempo de reacción del freno excede el percentil 90 de tiempo de reacción para todos los conductores y fue utilizado en el desarrollo de la Tabla 3-1. Un tiempo de reacción de frenado de 2.5 s se considera adecuado para las condiciones más complejas que las simples condiciones utilizadas en las pruebas de laboratorio y camino, pero no para las condiciones más complejas encontradas en la conducción real. La necesidad de un mayor tiempo de reacción en las condiciones más complejas, como las que se encuentran en varias fases de las intersecciones a nivel y en los terminales de rama, se puede encontrar en la Sección 3.2.3. Distancia de frenado La distancia aproximada de frenado de un vehículo en un camino plano que viaja a la velocidad directriz puede determinarse a partir de la ecuación: (3.1)

[Según el modelo cinemático de movimiento uniformemente retardado de frenado adoptado por AASHTO desde

los estudios documentados en la literatura (17) muestran que la mayoría de los conductores desaceleran a valores superiores a 4.5 m/s2 cuando se enfrentan con la necesidad de detenerse ante un objeto inesperado en el camino. Aproximadamente el 90% de todos los conductores desaceleran a tasas superiores a 3.4 m/s2. Tales desaceleraciones están en la capacidad del conductor para permanecer en su carril y mantener el control de manejo durante la maniobra de frenado sobre superficies húmedas.

la Edición 4ª del Libro Verde 2001]*,

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3-4

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles

El valor 3.4 m/s2 (desaceleración cómoda para la mayoría de los conductores) se recomienda como el umbral de desaceleración para determinar la distancia visual de detención. Implícito en la elección de este umbral de desaceleración está la valoración de que la mayoría de los sistemas de frenado y los niveles de fricción neumático-pavimento de la mayoría de los caminos son capaces de dar una tasa de desaceleración de al menos 3.4 m/s2 [equivalente a una fricción longitudinal constante de 0.35 en el modelo dinámico de fricción longitudinal, en función decreciente de la velocidad inicial de frenado, usado por AASHTO en sus Libros Azules y tres primeras ediciones de los Libros Verdes]*.

La fricción disponible en la mayoría de las superficies de pavimentos húmedos y de las capacidades de la mayoría de los sistemas de frenado del vehículo puede dar frenado por fricción que supera este valor de desaceleración. [Ver Comparación con A10]* (*) Acotación de los traductores.

Tabla 3-1. Distancia visual de detención en caminos planos

Nota: La distancia de reacción al frenado se basa en un tiempo de reacción de 2.5 s; para determinar la distancia de frenado se usó un modelo cinemático, con una tasa de desaceleración de 3.4 m/s2 para todas las velocidades iniciales de frenado, equivalente a una fricción longitudinal 0.25 independiente de la velocidad inicial de frenado en el modelo dinámico anterior de AASHTO. Valores de diseño La distancia visual de detención es la suma de las distancias recorridas durante el tiempo de reacción al freno y la distancia de frenado hasta la detención. Las distancias calculadas para las distintas velocidades en las condiciones supuestas en los caminos planos se muestran en la Tabla 3-1 y se desarrollaron a partir de la ecuación:

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-5

(3.2)

Siempre que sea práctico, como base para el diseño se deben usar distancias visuales de detención superiores a las expuestas en la Tabla 3-1. Usar distancias visuales de detención más largas aumenta el margen de error para todos los conductores; en particular para quienes operen en o cerca [o superiores]* de la velocidad directriz durante las condiciones de pavimento húmedo. Los pavimentos nuevos deben tener al principio, y conservar por siempre, coeficientes de fricción coherentes con las desaceleraciones usadas. Efecto de la pendiente Cuando un camino se encuentra en una pendiente, la ecuación 3-1 para la distancia de frenado se modifica como sigue: (3.3)

En esta ecuación, G es el valor decimal de la tangente trigonométrica del ángulo del eje del camino con respecto a la horizontal. Las distancias de frenado necesarias en subidas son más cortas que en los caminos planos; en bajada son más largas. Las distancias visuales de detención para las diferentes pendientes mostradas en la Tabla 3-2 son valores determinados usando la ecuación 3-3 en lugar del segundo término de la ecuación 3-2. Estos valores ajustados en función de la distancia visual se calculan para condiciones de pavimento húmedo utilizando las mismas velocidades directrices y tiempos de reacción al frenado que en los caminos planos de Tabla 3-1.

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Tabla 3-2. Distancia visual de detención en pendientes

En casi todas los caminos y calles, las pendientes son recorridas por el tránsito en ambos sentidos de viaje, pero la distancia visual en cualquier punto del camino general es diferente en cada sentido, sobre todo en caminos rectos en terreno ondulado. Como regla general, la distancia visual disponible en las bajadas es mayor que en las subidas, lo cual más o menos corrige automáticamente las diferencias por pendiente. Esto puede explicar por qué algunos proyectistas no ajustan por pendiente la distancia visual de detención. Las excepciones son los caminos o calles de un solo sentido, como en los caminos divididas con rasantes independientes, en cuyo caso los ajustes por pendiente pueden ser necesarios y convenientes. Variación para camiones Las distancias visuales de detención se basan en la operación de los vehículos de pasajeros y no explícitamente consideran en el diseño la operación de los camiones, los cuales, en su conjunto, especialmente las unidades más grandes y pesadas, necesitan distancias de frenado más largas que para los vehículos de pasajeros a una dada velocidad. Sin embargo, hay un factor que tiende a equilibrar las longitudes adicionales de frenado para camiones con las de los vehículos de pasajeros. El camionero es capaz de ver sustancialmente más allá de las obstrucciones visuales verticales, debido a la posición más alta del asiento en el vehículo. Por lo tanto, generalmente en el diseño no se separan las distancias visuales de detención para camiones y vehículos de pasajeros. Hay una situación en la que el objetivo debe ser dar distancias visuales de detención superiores a los valores mostrados en la Tabla 3-1. Cuando las restricciones visuales horizontales se producen en las bajadas, sobre todo en los extremos de bajadas largas donde la velocidad de los camiones se aproxima mucho o supera a las de los automóviles, la mayor altura de los ojos del camionero es de poco valor. Aunque el camionero promedio tiende a ser más experimentado que el automovilista, y más rápido para reconocer los riesgos potenciales, es deseable en tales las condiciones dar distancias visuales de frenado que superen los valores de las Tablas 3-1 o 3-2.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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3.2.3 Distancia visual de decisión Las distancias visuales de detención suelen ser suficientes para permitir a los conductores razonablemente competentes y alertas llegar a una detención precipitada en circunstancias normales. Sin embargo, una mayor distancia puede ser necesaria donde los conductores deban tomar decisiones complejas o instantáneas, donde la información es difícil de percibir, o cuando se necesitan maniobras inesperadas o inusuales. La limitación de las distancias visuales de detención necesarias puede impedir maniobras evasivas, que a menudo implican menos riesgos y son de otra manera preferibles a detenerse. Incluso con un complemento adecuado de los dispositivos estándares de control de tránsito, de conformidad con el Manual de Dispositivos Uniformes de Control de Tránsito (MUTCD) (22), las distancias visuales de frenado no pueden dar suficientes distancias visuales para los conductores a corroborar previos avisos y realizar las maniobras adecuadas. Es evidente que hay muchos lugares en los que sería prudente proveer más distancias visuales. En estas circunstancias, la distancia visual de decisión proporciona la distancia visual mayor que los conductores necesitan. La distancia visual de decisión es la que necesita un conductor para detectar un inesperado o de otro modo difícil de percibir fuente de información o estado en un entorno de camino que puede ser visualmente desordenado, reconocer la condición o su amenaza potencial, seleccionar una velocidad y trayectoria adecuadas, e iniciar y completar maniobras complejas (9). Dado que la distancia visual de decisión da a los conductores margen adicional para el error y les otorga una longitud suficiente para maniobrar sus vehículos a la misma velocidad o reducida, en lugar de simplemente parar, sus valores son sustancialmente mayores que la distancia visual de detención. Los conductores necesitan distancias visuales de decisión donde haya probabilidad de error en la recepción de información, toma de decisiones o acciones de control (40). Ejemplos de lugares críticos donde este tipo de errores pueden producirse, y donde es deseable dar distancia visual de decisión incluyen los distribuidores e intersecciones donde se requieran maniobras inusuales o inesperadas; cambios en la sección transversal, tales como plazas de peaje y pérdidas de carril, y zonas de demanda concentrada aptas para “ruido visual” desde de fuentes competitivas información, tales como elementos del camino, tránsito, dispositivos de control de tránsito y anuncios publicitarios. Las distancias visuales de decisión de la Tabla 3-3 se pueden usar para (1) dar valores de distancias visuales adecuadas en puntos críticos, y (2) servir como criterio para evaluar la idoneidad de las distancias visuales disponibles. Debido al espacio de maniobra adicional dado, las distancias visuales de decisión deben considerarse en los puntos críticos, o los puntos críticos de decisión debieran trasladarse a los lugares donde se disponga de suficiente distancia visual de decisión. Si no es práctico dar distancia visual de decisión debido a la curvatura horizontal o vertical, o si la reubicación de los puntos de decisión no es práctica, se debe prestar especial atención a la utilización de dispositivos adecuados de control de tránsito para alertar anticipadamente las condiciones que puedan encontrarse.

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Tabla 3-3. Distancia visual de decisión

Maniobra de evitación A: Parada en camino rural - t = 3 s Maniobra de evitación B: Parada en camino urbano - t = 9.1 s Maniobra de evitación C: Cambio en camino rural velocidad/ruta/sentido - t de 10.2 a 11.2 s Maniobra de evitación D: Cambio en camino suburbano velocidad/ruta/sentido - t de 12.1 a 12.9 s Maniobra de evitación E: Cambio en camino urbano velocidad/ruta/sentido - t de 14 a 14.5 s

Los criterios de distancia visual de decisión aplicables a la mayoría de las situaciones se desarrollaron a partir de datos empíricos. Las distancias visuales de decisión varían según la ubicación en un camino rural o urbano, y tipo de maniobra evasiva adecuada necesaria para negociar la ubicación. La Tabla 3-3 muestra los valores de distancia visual para diversas situaciones, redondeados para el diseño. Generalmente se necesitan distancias más cortas para caminos rurales y donde una detención sea la maniobra adecuada. Para las maniobras de evitación identificadas en la Tabla 3-3. el tiempo de pre-maniobra es mayor que el tiempo de reacción al frenado de la distancia visual de detención para permitir al conductor tiempo adicional para detectar y reconocer la calzada o la situación del tránsito, identificar maniobras alternativas, e iniciar un respuesta en puntos críticos del camino (45). El componente pre-maniobra de distancia visual de decisión utiliza un valor que oscila entre 3 y 9.1 s (51). La distancia de frenado para la velocidad directriz se añade al componente de pre-maniobra para maniobras de evitación de A y B como se muestra en la Ecuación 3-4. El componente de frenado se sustituye en las maniobras de evitación C, D, y E con una distancia de maniobra sobre la base de tiempos de maniobra, entre 3.5 y 4.5 s, que disminuyen con el aumento de la velocidad (45) de acuerdo con la Ecuación 3-5. Las distancias visuales de decisión para maniobras de evitación de A y B se determinan según:

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-9

(3.4)

Las distancias visuales de decisión para evitar maniobras C, D, y E se determinan según: (3.5)

3.2.4

Distancia visual de adelantamiento para caminos de dos carriles

Criterios para el diseño La mayoría de caminos y calles son de dos carriles y dos sentidos, donde con frecuencia los vehículos se adelantan a los vehículos más lentos. Las maniobras en las que vehículos más rápidos se mueven por delante de los vehículos más lentos se llevan a cabo en los carriles utilizados regularmente por la oposición de tránsito. Si el adelantamiento se realiza sin interferir con un vehículo opuesto, el conductor que se adelanta debe ser capaz de ver una distancia suficiente por delante, libre de tránsito, por lo que el conductor puede decidir si inicia iniciar y completa la maniobra sin cortar al vehículo adelantado antes de encontrarse con un vehículo contrario que aparece durante la maniobra. En su caso, el conductor puede volver al carril de la derecha sin completar el adelantamiento si ve al tránsito opuesto demasiado cerca durante la maniobra parcial. Muchas maniobras de adelantamiento se realizan sin que el conductor sea capaz de ver cualquier vehículo potencialmente en conflicto en el inicio de la maniobra. Una alternativa a proveer distancia visual de adelantamiento se encuentra en la Sección 3.4.4 en “Carriles de adelantamiento.” Mínimas distancias visuales de adelantamiento para usar en el diseño se basan en las distancias visuales mínimas dadas en el MUTCD (22) como justificaciones de zonas de noadelantamiento en los caminos rurales de dos carriles.

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La práctica de diseño debería ser más eficaz cuando se anticipan los controles de tránsito (es decir, marcación de zonas de adelantamiento y no-adelantamiento) a instalar en los caminos. El potencial de conflictos en las operaciones de adelantamiento en los caminos de dos carriles está determinado en última instancia por los juicios de los conductores, quienes inician y completan las maniobras de adelantamiento en respuesta a (1) visión del conductor del camino de la distancia visual disponible y (2) marcación de las zonas de adelantamiento y de no-adelantamiento. Investigaciones recientes demostraron que los criterios del MUTCD sobre distancia visual de adelantamiento resultan en caminos de dos carriles que experimentan muy pocos accidentes relacionados con tales maniobras (20. 34). Valores de diseño Los valores de cálculo de la distancia visual de adelantamiento se presentan en la Tabla 3-4 y se comparan en la Figura 3-1 con los criterios de distancia visual de detención. De la comparación de la Figura 3-1 se deduce que en un camino de dos carriles es necesaria mayor distancia visual para dar cabida a maniobras de adelantamiento, que para la distancia visual de detención provista continuamente a lo largo del camino. Tabla 3-4. Distancia visual de adelantamiento de diseño de caminos de dos carriles

Las investigaciones comprobaron que los valores de la distancia visual de adelantamiento de la Tabla 3-4 son coherentes con la observación de campo de maniobras de adelantamiento (34). Esta investigación utilizó dos modelos teóricos para las necesidades de distancia visual de adelantamiento; ambos modelos se basan en el supuesto de que un conductor que se adelanta abortará la maniobra y volverá a su carril normal detrás del vehículo si un vehículo potencialmente conflictivos entra en su visión antes de tomar una posición crítica en la maniobra de adelantarse, más allá de lo cual se impone al conductor que se adelanta a completar la maniobra. El modelo de Glennon (26) supone que tal posición crítica se produce cuando la distancia visual de quien se adelanta es igual a la distancia visual necesaria para abortar la maniobra. El modelo de Hassan y otros (35) supone que la posición crítica se produce cuando las distancias visuales de adelantamiento para completar o abortar la maniobra son iguales o cuando el vehículo que se adelanta y el adelantado están a la par.

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Figura 3-1. Comparación de los valores de diseño para distancia visual de adelantamiento y distancia visual de detención

Las distancias visuales de adelantamiento mínimas para diseñar caminos de dos carriles y dos sentidos incorporan ciertas hipótesis sobre el comportamiento del conductor. El verdadero comportamiento del conductor durante el adelantamiento varía ampliamente. Para adaptarse a estas variaciones, los criterios de diseño para distancia visual de adelantamiento deben adaptarse al comportamiento de un alto porcentaje de los conductores, en lugar de sólo el conductor medio. Suposiciones al aplicar al aplicar los modelos de Glennon y Hassan y otros (25. 35): 1. Las velocidades de los vehículos de adelantamiento y opuesto son iguales a la velocidad directriz del camino. 2. El vehículo adelantado viaja a una velocidad uniforme y la diferencia de velocidad entre el vehículo que se adelanta y el adelantado es de 19 km/h. 3. El vehículo que se adelanta tiene suficiente capacidad de aceleración como para alcanzar el diferencial de velocidad especificado en relación con el vehículo adelantado durante el momento en que alcanza la posición crítica, que ocurre generalmente alrededor del 40% de la maniobra de adelantamiento. 4. Las longitudes de los dos vehículos son 5.8 m. 5. El tiempo de percepción reacción del conductor que se adelanta tiene un tiempo de 1 s para decidir abortar el adelantamiento. 6. Si se aborta una maniobra de adelantamiento, el vehículo que se adelanta pasa a utilizar una velocidad de desaceleración de 3.4 m/s2 de igual valor que la utilizada en los criterios de distancia visual de detención. 7. Para un aborto completo o abortado, el intervalo entre los vehículos es de 1 s. 8. La separación mínima entre los vehículos en el punto en el cual el vehículo que se adelanta vuelve a su carril normal es de 1 s. La aplicación de los modelos de distancia visual de adelantamiento utilizando estos supuestos se presenta en NCHRP Report 605 (34). La distancia visual de adelantamiento para diseñar debe basarse en un vehículo de pasajeros que se adelanta a un vehículo de pasajeros. Aunque puede haber ocasiones como para considerar adelantamientos múltiples, no es práctico asumir tales condiciones al desarrollar criterios mínimos de diseño. La investigación demostró que a menudo se necesitan mayores distancias visuales cuando uno o los dos vehículos son camiones (30). Distancias visuales más largas ocurren en el diseño, las cuales pueden facilitar adelantamientos múltiples o que involucren a camiones.

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Frecuencia y longitud de las secciones de adelantamiento La distancia visual de adelantamiento adecuada debería encontrarse frecuentemente en los caminos de dos carriles y dos sentidos. Cada sección de adelantamiento a lo largo de una longitud de calzada con distancia visual adelante igual o mayor que la distancia visual de adelantamiento mínima debería ser tan larga como fuere posible. La frecuencia y la longitud de las secciones de adelantamiento de los caminos dependen principalmente de la topografía, velocidad directriz del camino, y costo. En las calles, la consideración principal es el espaciamiento de las intersecciones. No es práctico indicar directamente la frecuencia con que las secciones de adelantamiento deban darse en caminos de dos carriles y dos sentidos, debido a las limitaciones físicas y costos. Durante el curso del diseño normal, las secciones de adelantamiento se dan en casi todos los caminos y calles seleccionadas, pero la apreciación del proyectista de su importancia, y un estudiado intento de darlas puede usualmente permitir que otras secciones se provean con poco o sin costo adicional. En terreno montañoso puede ser más económico construir intermitentes secciones de cuatro carriles o carriles de adelantamiento con distancia visual de detención en algunos caminos de dos carriles, en lugar de secciones de dos carriles con distancia visual de adelantamiento, Sección 3.4.4. Las distancias visuales de adelantamiento mostradas en la Tabla 3-4 son suficientes para un solo o aislado adelantamiento. Los diseños con secciones de adelantamiento infrecuentes pueden no dar suficientes oportunidades de adelantamiento para las operaciones de tránsito eficientes. Incluso en los caminos de bajo volumen, un conductor puede desear adelantarse y al llegar a la sección de adelantamiento encontrar vehículos en el carril contrario y, por tanto, no podrá utilizar la sección para adelantarse, o por lo menos puede no ser capaz de comenzar un adelantamiento por vez. La importancia de frecuentes secciones de adelantamiento se ilustra por su efecto sobre el nivel de servicio de uno de los dos carriles, en caminos de dos carriles. Los procedimientos descritos en el Manual de Capacidad de Caminos (MCC) (62) para analizar caminos de dos carriles y dos sentidos basan los criterios de nivel-de-servicio en dos medidas de efectividad – porcentaje de tiempo gastado en seguimiento y la velocidad media de viaje. Ambos criterios se ven afectados por la falta de oportunidades de adelantamiento. Por ejemplo, el procedimiento del MCC muestra un aumento de hasta 19% en el porcentaje de tiempo gastado en seguimiento cuando la partición por sentidos es 50/50. y las zonas de no-adelantamiento comprenden 40% de la longitud de análisis en comparación con un camino con volúmenes de tránsito similares y sin restricciones visuales. El efecto de la distancia visual de adelantamiento restringida aún más grave para flujo desequilibrado, y donde las zonas de noadelantamiento comprenden más de 40% de la longitud. Hay un efecto similar en la velocidad de viaje promedio. Al aumentar el porcentaje de zonas de no-adelantamiento hay una creciente reducción de la velocidad de desplazamiento promedio para la misma demanda de flujo. Por ejemplo, una tasa de demanda de flujo de 800 vehículos de pasajeros por hora incurre en una reducción de 3.1 km/h cuando las zonas de no-adelantamiento comprenden el 40% de la longitud de análisis, en comparación con ninguna reducción de la velocidad en una ruta con adelantamiento irrestricto. Los procedimientos del MCC indican otro criterio posible para diseñar la distancia visual de adelantamiento en caminos de dos carriles de varios kilómetros.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-13

Las distancias visuales de adelantamiento disponibles a lo largo de varios kilómetros pueden resumirse para mostrar el porcentaje de longitud mayor que la mínima distancia visual de adelantamiento. Análisis de capacidad relacionado con este porcentaje indicaría si se necesitan o no ajustes de alineamiento y rasante para acomodar el volumen horario de diseño (VHD). Cuando se analizan las distancias visuales en todo el rango de longitudes en el cual se hacen maniobras de adelantamiento puede evaluarse un nuevo criterio de diseño. Donde se prevean altos volúmenes de tránsito y mantenimiento de altos niveles de servicio deben proveerse distancias visuales de adelantamiento frecuentes o casi continuas. Los procedimientos de MCC y otros modelos de tránsito pueden utilizarse para determinar el nivel de servicio que será dado por la distancia visual de adelantamiento para cualquier opción de diseño propuesto. El nivel de servicio dado por el diseño propuesto debe compararse con el nivel deseado por el organismos vial y, si no se alcanza, debe considerarse la viabilidad y factibilidad de ajustes al diseño para dar adicional distancia visual de adelantamiento. Las secciones de adelantamiento más cortas que 120 a 240 m contribuyen poco al mejoramiento de la eficacia operativa del tránsito de un camino de dos carriles. Es decir, para determinar el porcentaje de la longitud de calzada con distancia visual de adelantamiento mayor que las distancias mínimas mostradas en la Tabla 3-5. deben excluirse las secciones más cortas que las mínimas. Tabla 3-5. Longitudes mínimas Zona pasando a ser incluidos en los análisis de tránsito operacionales

3.2.5

Distancia visual para caminos multicarriles

No hay necesidad de considerar la distancia visual de adelantamiento en caminos o calles multicarriles, con dos o más carriles por sentido. Se asume que las maniobras de adelantamiento en cada sentido ocurrirán en los límites de la calzada para cada sentido. Así, deben prohibirse las maniobras de adelantamiento que impliquen cruzar la línea central de los caminos de cuatro carriles indivisos o cruzar la mediana de los caminos de cuatro o más carriles. Los caminos multicarriles deben tener adecuadas distancia visuales de detención continuas, mayores que las deseables de diseño. Los criterios de diseño para la distancia visual de detención varían con la velocidad del vehículo, Sección 3.2.2.

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3-14 3.2.6

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles Criterios para medir la distancia visual

La distancia visual es la distancia a lo largo de un camino a través de la cual un objeto de altura especificado es continuamente visible para el conductor. Esta distancia depende de la altura de los ojos del conductor por encima de la superficie del camino, la altura del objeto especificado por encima de la superficie del camino, y la altura y posición lateral de las obstrucciones visuales en la línea visual del conductor. Altura de los ojos del conductor Para todos los cálculos de distancia visual de vehículos de pasajeros la altura de los ojos del conductor es de 1.08 m. Este valor se basa en un estudio (17) que halló una altura media de los vehículos de 1.3 m. Se considera que 1.08 es una altura de ojos del conductor adecuada para medir las distancias visuales de detención y adelantamiento de los vehículos de pasajeros. Para camiones grandes, el rango de altura de ojos del camionero es de 1.8 a 2.4 m; el valor recomendado es de 2.33 m. Altura del objeto Para los cálculos de las distancias visuales de detención y decisión se considera una altura de objeto de 0.6 m. Para calcular la distancia visual de adelantamiento se considera una altura de objeto de 1.08 m. Objeto de distancia visual de detención - La selección de un 0.6 m de altura de objeto se ba-

sa en que según las investigaciones, rara vez los objetos de alturas menores que 0.6 m se involucran en accidentes (17). Por lo tanto, se considera que un objeto 0.6 m de altura es representativo del objeto más pequeño que suponga un riesgo para los conductores. Un objeto de altura 0.6 m es representativo de la altura de los faros y las luces traseras del automóvil. Con alturas de objetos menores que 0.6 m para calcular la distancia visual de detención se traduciría en curvas verticales convexas más largas, sin una disminución documentada en la frecuencia o gravedad de los accidentes (17). La altura de objeto menor que 0.6 m podría aumentar sustancialmente los costos de construcción porque sería necesaria excavación adicional para dar mayor longitud a las curvas verticales convexas. También es dudoso que la capacidad del conductor para percibir situaciones de riesgo de choques pudiera incrementarse porque las recomendabas distancias visuales de detención para diseños de alta velocidad directriz están fuera de las capacidades de la mayoría de los conductores para detectar objetos de menos de 0.6 m de altura (17). [Ver Comparación con A10]* (*) Acotación de los traductores. Objeto de distancia visual de adelantamiento – Se adopta una altura de objeto de 1.08 m para distancia visual de adelantamiento. Esta altura se basa en una altura del vehículo de 1.33 m, lo que representa el percentil 15 de las alturas de los vehículos en la población actual de vehículos de pasajeros, menos una asignación de 0.25 m, que representa un valor cercano al máximo de la parte de altura del vehículo que necesita ser visible por otro conductor para reconocer a un vehículo como tal (32).

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-15

Las distancias visuales de adelantamiento calculadas sobre esta base también se consideran adecuadas para condiciones nocturnas porque los haces de luz de un vehículo opuesto generalmente se pueden ver desde una distancia mayor que durante el día. La elección de un objeto de altura igual a la altura de los ojos del conductor hace recíprocas a las distancias visuales de adelantamiento (es decir, cuando el conductor del vehículo que se adelanta puede ver al vehículo contrario, el conductor del vehículo contrario también puede ver el vehículo que se adelanta). Objeto de distancia visual de intersección - Como en el caso de la distancia visual de adelantamiento, el objeto a ser visto por el conductor en una situación de distancia visual de intersección es otro vehículo. Por lo tanto, el diseño de la distancia visual de intersección se basa en la misma altura de objeto de 1.08 m utilizada en el diseño de la distancia visual de adelantamiento. Objeto de distancia visual de decisión - El criterio de altura de objeto de 0.6 m adoptado para

distancia visual de detención también se utiliza para la distancia visual de decisión. El fundamento para aplicar esta altura es el mismo que para la distancia visual de detención. Obstrucciones visuales En un camino recto, la obstrucción que limita la distancia visual del conductor es la superficie del camino en un cierto punto en una curva vertical convexa. En curvas horizontales, la obstrucción que limita la distancia visual del conductor puede ser la superficie del camino en un cierto punto en una curva vertical convexa, o puede ser alguna característica física fuera de la calzada, tal como una barrera longitudinal, un talud de terraplén de acceso a puente, un árbol, follaje, o el contratalud de una sección de corte. En todos los planos de planimetría y altimetría vial se debe comprobar que no haya obstrucciones a la distancia visual. Medición y registro de la distancia visual El diseño de los alineamientos horizontal y vertical usando los criterios de distancia visual y otros se trata en las secciones 3.3 a 3.5. que incluye el diseño detallado de las curvas horizontales y verticales. La distancia visual debe considerarse en las etapas preliminares de diseño cuando los alineamientos horizontal y vertical todavía están sujetos a ajustes. Mediante la determinación gráfica y de las distancias visuales disponibles en los planos, y grabación a intervalos frecuentes, el proyectista puede revisar el diseño general y producir un diseño más equilibrado mediante pequeños ajustes en planta o perfil. Los métodos para escalar las distancias visuales en los planos se muestran en la Figura 3-2. que también incluye un registro típico de distancia visual mostrado en los planos finales. Debido a que la vista del camino por delante puede cambiar rápidamente en un recorrido corto, es conveniente medir y registrar la distancia visual en ambos sentidos de marcha en cada estación. Las distancias visuales horizontal y vertical deben medirse y registrarse las longitudes más cortas. En el caso de un camino de dos carriles, la distancia visual de adelantamiento debe ser medida y registrarse, además de la distancia visual de detención.

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La información de distancia visual, como la presentada en las figuras 3-41 y 3-43. puede usarse para establecer longitudes mínimas de las curvas verticales. Gráficos similares a la Tabla 3-28 son útiles para determinar el radio de curva horizontal o el desplazamiento lateral desde la calzada necesario para dar la distancia de vista de diseño. El examen de las distancias visuales a lo largo del camino propuesto puede llevarse a cabo mediante la ampliación directa. La distancia visual se puede determinar fácilmente donde los planes y perfiles se elaboran mediante diseño asistido por ordenador y los sistemas de redacción (CADD). La siguiente discusión se presenta un método para distancias visuales de escala. Distancia visual horizontal en el interior de una curva está limitada por obstáculos tales como edificios, setos, zonas arboladas, terreno alto, u otras características topográficas. Estos son generalmente representados en los planos. Vista horizontal se mide con una regla, como se indica en la parte superior izquierda de la Figura 3-2. La obstrucción talud de corte se muestra en las hojas de trabajo por una línea que representa la pendiente de la excavación propuesta en un punto de 0.84 m (es decir, el promedio aproximado de 1.08 y 0.6 m para detener la distancia visual y un punto sobre 1.08 m que pasa por la distancia visual. La posición de esta línea con respecto a la línea central puede ser escalado de las secciones transversales trazados de camino. Preferiblemente, la distancia visual de frenado debería medir entre los puntos en una vía de circulación y la distancia visual de adelantamiento la mitad del otro carril. Tal refinamiento en los caminos de dos carriles en general no es necesario y la medición de la distancia visual a lo largo del borde o línea central viajado manera es adecuado. Cuando hay cambios de grado coincidente con curvas horizontales que tengan vista de limitación de taludes de corte en el interior, las intersecciones de línea-de-vista la pendiente en un nivel cualquiera. Menor o mayor que la altura media asumido En la medición de la distancia visual, el error en el uso de la supuesta 0.84 o 1.08 m altura por lo general puede ser ignorada. Distancia visual vertical puede ser ascenso de un perfil trazado por el método ilustrado en el centro derecho de la Figura 3-2. Una tira transparente con bordes paralelos 1.08 m y con una línea rayada 0.6 m desde el borde superior, de acuerdo con la escala vertical, es una herramienta útil. El borde inferior de la tira se coloca en la estación desde la que se desea la distancia visual vertical, y la tira se pivota alrededor de este punto hasta que el borde superior es tangente al perfil. La distancia entre la estación y la estación inicial en el perfil cortado por la 0.6 m de línea es la distancia visual de detención. La distancia entre la estación y la estación inicial en el perfil cortado por el borde inferior de la tira es la distancia visual de adelantamiento.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Figura 3-2. Escalamiento y registro de distancia visual en planos

Un registro simple de distancia visual se muestra en la parte inferior de la Figura 3-2. Las distancias visuales en ambos sentidos se indican con flechas y números en cada estación (progresiva) en los planos de planta y perfil del camino propuesto. Para evitar el trabajo extra de medir distancias visuales muy larga puede registrarse hasta un valor máximo seleccionado. En el ejemplo, todas las distancias visuales mayores que 1 000 m se registran como 1 000 m +, y cuando esto ocurre por varias estaciones consecutivas se omiten los valores intermedios. Las distancias visuales menores que 500 m pueden escalarse con precisión de 10 m y las superiores a 500 m con una precisión de 50 m. Las distancias visuales disponibles a lo largo de un camino propuesto también pueden demostrarse por otros métodos. Varios estados usan una gráfica de la distancia visual, trazada en relación con la planta y perfil del camino, como un medio de demostrar distancias visuales. Los registros de distancias visuales también son útiles en caminos de dos carriles para determinar provisionalmente las zonas de no adelantamiento de acuerdo con los criterios del MUTCD (22). Tal marcación es una responsabilidad operacional, más que de diseño. Las zonas de no adelantamiento establecidas son guías para la marcación una vez construido el camino, previa revisión y ajuste antes de colocar las marcas reales. Los registros de distancia visual también son útiles en los caminos de dos carriles para determinar el porcentaje de la longitud del camino en la que se restringe la distancia visual a menos del adelantamiento mínimo, importante al evaluar la capacidad. Con las distancias visuales registradas se simplifica el proceso de determinar el porcentaje de la longitud del camino con una distancia visual dada o mayor.

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3.3 ALINEAMIENTO HORIZONTAL 3.3.1

Consideraciones teóricas

Según fuere económicamente práctico debe equilibrarse el diseño todos los elementos geométricos (visibles) del camino como para operar a una velocidad probable observada por la gran mayoría de los automovilistas en condiciones normales. Generalmente, esto se obtiene mediante el uso de la velocidad directriz como control general de diseño. El diseño de las curvas debe basarse en una relación adecuada entre la velocidad directriz y la curvatura y en sus relaciones conjuntas con peralte (inclinación transversal calzada) y la fricción lateral. Aunque estas relaciones se derivan de las leyes de la mecánica, los valores reales de uso en el diseño dependerán de límites prácticos y factores determinados más o menos empíricamente. Estos límites y factores se explican en la siguiente discusión. Cuando un vehículo se mueve en una trayectoria circular experimenta una aceleración centrípeta que actúa hacia el centro de curvatura, la cual es sostenida por un componente de peso del vehículo en relación con el peralte de la calzada, por la fricción lateral desarrollado entre los neumáticos y la superficie del pavimento, o por una combinación de los dos. A veces la aceleración centrípeta se equipara a la fuerza centrífuga. Sin embargo, esta es una fuerza imaginaria que los automovilistas creen que empuja hacia afuera en las curvas cuando, de hecho, realmente sienten que el vehículo se acelera en un sentido hacia adentro. En el diseño de curvas las horizontales “la aceleración lateral” es equivalente a “la aceleración centrípeta”; el término “aceleración lateral” se usa en esta política porque es específicamente aplicable al diseño geométrico. (3.6)

La Ecuación 3-6 que modela al vehículo en movimiento como un punto-masa, se refiere a menudo como la ecuación de curva básica (equilibrio dinámico). Cuando un vehículo se desplaza a una velocidad constante en una curva peraltada de modo que la fricción lateral f es nula, la aceleración centrípeta es sostenida por un componente del peso del vehículo y, en teoría, no se necesita presionar el volante de dirección. Un vehículo que se desplace más rápido o más lento que la velocidad de equilibrio desarrolla fricción de los neumáticos y debe presionarse el volante de dirección para evitar el movimiento hacia el exterior o interior de la curva. En las curvas no peraltadas también es posible viajar a diferentes velocidades utilizando cantidades adecuadas de fricción lateral para sostener la aceleración lateral variable. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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3.3.2 Consideraciones generales De la investigación y experiencia acumulada se establecieron los valores límite del peralte (emáx) y demanda de fricción lateral (fmáx) para diseñar la curva. El uso de estos valores límite establecidos en la fórmula básica permite determinar la curva de radio mínimo de curva para diferentes velocidades directrices. El uso de curvas con radios más grandes que este mínimo permite que el peralte, la fricción lateral, o ambas cosas, tengan valores inferiores a sus límites respectivos. La cantidad en la que cada factor está por debajo de su límite respectivo se elige para dar una contribución equitativa de cada factor hacia el mantenimiento de la aceleración lateral resultante. Son varios los métodos utilizados para obtener esta equidad para situaciones diferentes de diseño. Peralte Hay límites superiores prácticos del peralte de una curva horizontal, los cuales se refieren a consideraciones de clima, construcción, uso de la tierra adyacente, y la frecuencia de los vehículos lentos. Donde la nieve y el hielo son un factor, 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. 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 pavimento. 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 fricción 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 conductor 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 condiciones. 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 porcentaje del peso del vehículo, y pueden volcar si esta condición se vuelve extrema. Estas consideraciones y las razones para establecer un peralte máximo adecuado para el diseño de las curvas horizontales se tratan en detalle en la subsección sobre “Peralte máximo en calles y caminos” de la Sección 3.3.3.

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Factor de fricción lateral El factor de fricción lateral representa la necesidad de fricción lateral del vehículo, o demanda fricción lateral. Representa la aceleración lateral que actúa sobre el vehículo, la cual puede calcularse como el producto del factor de demanda de fricción f por la aceleración de la gravedad g (af = fg). En realidad, la aceleración lateral experimentada por los ocupantes del vehículo tiende a ser ligeramente mayor que la predicha por el producto fg debido a ángulo de balanceo de la carrocería del vehículo. Con la amplia variación de la velocidad de los vehículos en las curvas, por lo general hay una fuerza desequilibrada así la curva esté peraltada o no. Esta fuerza da lugar al empuje lateral del neumático, que se ve contrarrestado por la fricción entre los neumáticos y la superficie del pavimento. Esta contrafuerza friccional es desarrollada por la distorsión de la zona de contacto del neumático. El coeficiente de fricción f es la fuerza de fricción dividida por el componente del peso perpendicular a la superficie del pavimento, y se expresa como una simplificación de la fórmula de curva básica de la Ecuación 3-6. El valor del producto ef en esta fórmula es siempre pequeño. Como resultado, el término 1 – 0.01ef es casi igual a 1. y normalmente se lo omite en el diseño vial; así se obtiene la ecuación básica de la fricción lateral: (3.7)

Esta ecuación se conoce como la fórmula simplificada de curva y resulta en valores ligeramente más grandes (más conservadores) de la estimación de la demanda de fricción lateral que la que se obtendría mediante la fórmula básica de curva. El coeficiente f fue llamado relación lateral, relación de giro, relación centrífuga desequilibrada, factor de fricción, y factor de fricción lateral. Debido a su uso generalizado, aquí se usa el término “factor de fricción lateral”. El límite superior del factor de fricción lateral es el punto en el que el neumático empieza 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 margen 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 de un número de otros factores, entre los cuales los más importantes son la velocidad del vehículo, el tipo y condición de la superficie de la calzada, y el tipo y condición de los neumáticos del vehículo. Diferentes observadores registraron diferentes factores máximos de fricción lateral a la misma velocidad para pavimentos de composición similar, y lógicamente es así debido a la variabilidad inherente a la textura de los pavimentos, las condiciones meteorológicas y el estado de los neumáticos. En general, los estudios muestran que los factores de máxima fricción lateral desarrollada entre neumáticos nuevos y pavimentos de hormigón húmedos varían desde alrededor de 0.5 a 30 km/h hasta alrededor de 0.35 a 100 km/h. Para condiciones similares y neumáticos lisos, el factor de fricción lateral máximo en deslizamiento inminente es de aproximadamente 0.35 a 70 km/h.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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En todos los casos, los estudios muestran una disminución de los valores de fricción lateral al aumentar la velocidad (46. 47. 60). 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 condiciones son evitables, y el diseño geométrico debe basarse superficies de pavimento en condiciones aceptables, alcanzables a costo razonable. Al diseñar las curvas horizontales, una consideración clave en la selección de los factores máximos de fricción lateral es el nivel de aceleración lateral suficiente para que los conductores experimenten una sensación de incomodidad y reaccionen instintivamente para evitar una mayor velocidad. La velocidad en una curva en la que el malestar debido a la aceleración lateral es evidente para los conductores se utiliza como un control de diseño para el factor de fricción lateral máxima a alta velocidad. A bajas velocidades, los conductores son más tolerantes al malestar, permitiendo así el empleo de una mayor cantidad de fricción lateral al diseñar las curvas horizontales. Los grupos de investigación, organismos y departamentos viales locales y estatales usaron ampliamente el indicador de inclinación ball-bank como una medida uniforme de la aceleración lateral al establecer las velocidades en curvas que evitan la incomodidad del conductor. Se compone de una bola de acero en un tubo de vidrio sellado; excepto por el efecto de amortiguación del líquido en el tubo, la bola puede rodar libremente. Su simplicidad de construcción y operación condujo a la aceptación generalizada como guía para determinar velocidades adecuadas de curva. Con un dispositivo montado en un vehículo en movimiento, la lectura del ball-bank en cualquier momento es indicativa del efecto combinado de balanceo de la carrocería, el ángulo de aceleración lateral, y peralte, como se muestra en la Figura 3-3. Figura 3-3. Geometría para el indicador BallBank

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La aceleración lateral desarrollado mientras un vehículo viaja a una velocidad uniforme por una curva hace que la bola ruede hacia afuera hasta una posición de ángulo fijo, Figura 3-3. Debe corregirse la parte de la fuerza tomada por el pequeño ángulo de inclinación de la carrocería. La indicada fuerza lateral percibida por los ocupantes del vehículo está en el orden de F ≈ tan (α - ρ). En una serie de pruebas definitivas (47) se concluyó que las velocidades en las curvas que evitan la incomodidad del conductor se indican mediante lecturas del ball-bank de 14 grados para velocidades de 30 km/h o menos, 12 grados para velocidades de 40 y 50 km/h, y 10 grados para velocidades de 55 a 80 km/h. Estas lecturas son indicativas de los factores de fricción lateral de 0.21, 0.18, y 0.15, respectivamente, para los ángulos de balanceo de la carrocería de prueba y dan un amplio margen de seguridad contra el deslizamiento o vuelco del vehículo. De otras pruebas (11) se recomienda un factor de fricción lateral máxima de 0.16 para velocidades de hasta 100 km/h. Para velocidades más altas se recomienda la reducción incremental de este factor. Los estudios de velocidad en la autopista Pennsylvania Turnpike (60) llevaron a la conclusión de que el factor de fricción lateral no debe exceder de 0.10 para velocidades directrices de 110 km/h y superiores. Un estudio reciente (13) reexaminó los resultados anteriores y analizó nuevos datos recogidos en numerosas curvas horizontales. Los factores de demanda de fricción desarrollados en este estudio son generalmente coherentes con los factores de fricción lateral anteriores. Un acelerómetro electrónico es una alternativa del indicador ball-bank para determinar las velocidades aconsejadas (advisory speeds) en curvas horizontales y ramas; es un dispositivo electrónico sensible a la gravedad que puede medir fuerzas y aceleraciones laterales experimentadas por los conductores al atravesar una curva (20). Bajo condiciones de demanda de alta fricción, otros factores influyen sobre el conductor al elegir la velocidad. Para evitar involuntarias violaciones de la línea divisoria de carril las desviaciones se vuelven perceptibles, aumenta el ángulo de deriva y se necesita mayor esfuerzo en el volante. En estas condiciones, el abocinamiento de visión se angosta y es acompañada por un creciente sentido concentración e intensidad considerado indeseable por la mayoría de los conductores. Estos factores son más evidentes para un conductor bajo condiciones del camino abierto. De ser posible, los factores de máxima fricción utilizados en el diseño deben ser conservadores para pavimentos secos y dar un amplio margen de seguridad frente al deslizamiento o vuelco en pavimentos húmedos, o con hielo o nieve. Para estas condiciones, la necesidad de pavimentos de superficies antideslizantes no se puede exagerar porque superpuesta a las demandas de fricción resultantes de la geometría vial son las que resultan de las maniobras de conducción, tales como frenado, cambios repentinos de carril, y cambios menores de dirección en un carril. En estas maniobras de corto plazo puede existir una demanda de alta fricción, pero el umbral de molestia no puede ser percibido a tiempo como para que el conductor tome medidas correctivas. Figura 3-4 resume los resultados de las pruebas en relación con factores de fricción lateral recomendados para diseñar curvas. A pesar de algunas diferencias en los resultados de las pruebas, todos están de acuerdo en que el factor de fricción lateral debería ser menor para alta velocidad directriz, que para baja. Un estudio reciente (13) se reafirmó la pertinencia de estos factores de fricción lateral.

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Figura 3-4. Factores de fricción lateral para calles y caminos de alta velocidad

Los factores de fricción lateral máximos admisibles de calles y caminos de baja velocidad se muestran en la Figura 3-5. Para viajar en curvas más cerradas es necesario peraltar. Las curvas se basan en varios estudios (14. 16. 23) realizados para determinar el factor de fricción lateral para curvas de intersecciones de baja velocidad. Se usó una velocidad de curva del 95º percentil, ya que representa cerca del 85º percentil de la velocidad en recta, y da un margen razonable de seguridad contra el deslizamiento (13). Estas curvas también se aproximaron a los valores supuestos de baja velocidad directriz urbana basada en la comodidad del conductor. Las curvas dan un margen adecuado de seguridad contra deslizamiento y una limitación económica en el peralte.

Figura 3-5. Factores de fricción lateral para calles y caminos de baja velocidad

Los factores de fricción lateral varían con la velocidad directriz de 0.40 a 15 km/h a aproximadamente 0.15 a 70 km/h, con 70 km/h siendo el límite superior para la baja velocidad establecida en la discusión sobre velocidad directriz, Sección 2.3.6. En la Figura 3-6 se refieren valores del factor de fricción lateral recomendados para diseñar las curvas.

Figura 3-6. Factores de fricción lateral asumida para el diseño

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Distribución de e y f en un rango de curvas

Para una velocidad directriz dado que hay cinco métodos para contrarrestar la aceleración lateral en las curvas con e o f, o ambos. Las relaciones se ilustran en la Figura 3-7: Método 1 – El peralte y la fricción lateral son directamente proporcionales a la curvatura (inversa del radio en radianes por metro), o relación lineal entre 1/R = 0 y 1/R = 1/Rmín). Método 2 – La fricción lateral es tal que un vehículo que viaja a la velocidad directriz tiene toda la aceleración lateral sostenida por fricción lateral hasta las curvas diseñadas para fmáx. Para curvas más cerradas (mayor curvatura), f permanece igual a fmáx y el peralte se utiliza para sostener la aceleración lateral hasta que alcanza el emáx. En este método, f primero y luego e se incrementan en proporción directa a la curvatura (proporción directa a la inversa del radio de la curva). Método 3 - Peralte es tal que un vehículo que viaja a la velocidad directriz tiene toda la aceleración lateral sostenida por el peralte en las curvas hasta los diseñados para emáx. Para curvas más cerradas, e permanece en emáx y fricción lateral se utiliza para sostener la aceleración lateral hasta que alcanza f alcanza fmáx. En este método, primero e y luego f se incrementan en proporción directa a la curvatura (proporción directa a la inversa del radio de curva). Método 4 - Este método es similar al 3. excepto que se basa en la velocidad media de marcha. [Ver Comparación con A10] Método 5 – A la velocidad media de marcha el peralte y la fricción lateral están en una proporción curvilínea con la curvatura (proporción curvilínea con la inversa del radio de la curva), con valores comprendidos entre los de los métodos 1 y 4 La Figura 3-7A compara la relación entre el peralte y la curvatura (inverso del radio de la curva) para estos cinco métodos. La Figura 3-7B muestra el valor correspondiente de la fricción lateral de un vehículo que viaja a la velocidad directriz, y la Figura 37C para un vehículo que viaja a la correspondiente velocidad media de marcha. CLAVE O: Método de distribución e y f. se refieren a texto para la explicación

Figura 3-7. Métodos de Distribución de fricción peralte y lateral

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La relación lineal entre el peralte y la curvatura (inverso del radio de la curva) en el Método 1 resulta en una relación similar entre la fricción lateral y el radio para los vehículos que viajan a la velocidad directriz o a la velocidad media de marcha. Este método tiene un mérito considerable y lógico, además de su simplicidad. En cualquier camino particular, el alineamiento horizontal consta de tangentes y curvas de radio variable mayor o igual que el radio mínimo adecuado para la velocidad directriz (Rmín). La aplicación del peralte en cantidades directamente proporcionales a la inversa del radio sería, para los vehículos que viajan a una velocidad uniforme, resultado de los factores de fricción lateral con una variación lineal de cero por la recta (ignorando la inclinación transversal) a la fricción lateral máxima en el radio mínimo. Este método podría parecer ser un medio ideal de distribuir el factor de fricción lateral, pero su idoneidad depende de viajar a una velocidad constante por cada vehículo de la corriente de tránsito, independientemente de si el viaje es en recta, una curva de grado intermedio, o una curva con el radio mínimo para que la velocidad directriz. Mientras que la velocidad uniforme es el objetivo de la mayoría de los conductores, y se puede conseguir en caminos bien diseñados cuando los volúmenes no son pesados, hay una tendencia a que algunos conductores viajen más rápido por rectas y curvas amplias que por curvas cerradas, particularmente después de haber sido demorados por la incapacidad de adelantarse a vehículos más lentos. Esta tendencia apunta a la conveniencia de dar peraltes a las curvas intermedias superiores a las que resultan del uso del método 1. [Ver Comparación con A10] El Método 2 utiliza la fricción lateral para contrarrestar toda la aceleración lateral hasta la curvatura correspondiente al factor de fricción lateral máxima, y este factor de fricción lateral máxima está disponible en todas las curvas más cerradas. El peralte se introduce sólo después de alcanzar fricción lateral máximo. Por lo tanto, no se necesita peralte en las curvas más planas que necesitan menos fricción lateral que la máxima para los vehículos que viajan a la velocidad directriz (curva 2 en la figura 3-7ª). Cuando el peralte es necesario, aumenta rápidamente a medida que las curvas con fricción lateral máximo crecen en curvatura. Debido a que este método es totalmente dependiente de la fricción lateral disponible, su uso se limita generalmente a caminos y calles de baja velocidad. Es particularmente adecuado en calles urbanas de baja velocidad, en las que, debido a diversas limitaciones, con frecuencia no pueden peraltarse. En el Método 3, que se practicaba hace muchos años, se provee el peralte para contrarrestar la aceleración lateral de un vehículo que viaja a la velocidad directriz, en todas las curvas hasta alcanzar el peralte máximo práctico, el cual se mantiene en todas las curvas más cerradas. Según este método, no hay fricción lateral en las curvas abiertas con peralte menor que el máximo para los vehículos que viajan a la velocidad directriz, curva 3 en Figura 3-7B, y la fricción lateral adecuada aumenta rápidamente, a medida que las curvas con peralte máximo crecen en curvatura. Como muestra la curva 3 de la Figura 3-7C, para los vehículos que viajan a una velocidad media de marcha, este método de peralte da fricción negativa en las curvas de radios muy amplios, aproximadamente a la mitad del rango de radios de curva; más allá de este punto, como las curvas se vuelven más agudas, la fricción lateral aumenta rápidamente hasta un máximo correspondiente al radio mínimo de curva. Esta marcada diferencia en la fricción lateral para diferentes curvas es incoherente y puede resultar en conducción errática a la velocidad directriz o a la velocidad media de marcha.

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El Método 4 supera las deficiencias del Método 3 mediante el uso de peralte a velocidades inferiores a la velocidad directriz. Este método fue ampliamente utilizado con una velocidad media de marcha durante la cual se contrarresta toda la aceleración lateral con el peralte de las curvas más plana que la que necesita el peralte máximo. Esta velocidad media de marcha era una aproximación que, tal como se presenta en la Tabla 3-6, varía desde 78 hasta 100% de la velocidad directriz. La curva 4 en la Figura 3-7A muestra que en el uso de este método, el peralte máximo es alcanzado cerca de la mitad del rango de curvatura. La Figura 3-7C muestra que a la velocidad media de marcha no se necesita fricción hasta esta curvatura, y que la fricción lateral aumenta rápidamente y en proporción directa para curvas más cerradas. Este método tiene las mismas desventajas que el Método 3. Para acomodar el overdriving, que probablemente ocurra en las curvas entre abiertas e intermedias, es deseable que el peralte se aproxime al obtenido por el método 4. En tales curvas la presión sobre el volante implica muy poco riesgo de que un conductor pierda el control del vehículo dado que el peralte sostiene casi toda la aceleración lateral a la velocidad media de marcha, y se dispone de considerable fricción lateral para velocidades mayores. También es deseable el Método 1, que evita el uso de peralte máximo en una parte sustancial del rango de radios de curva. En el Método 5, una línea curva 5 (entre las curvas (rectas) 1 y 4 en la Figura 3-7A) representa una distribución del peralte y la fricción lateral que razonablemente retiene las ventajas de los métodos 1 y 4. Curva 5 tiene una forma parabólica asimétrica y representa una distribución práctica (?) para el peralte en el rango de curvatura. [Ver Comparación con A10] Tabla 3-6. Velocidad media de marcha

3.3.3

Consideraciones de diseño

Se determinaron los valores aplicables de peralte aplicables para diseñar en el rango de curvatura de cada velocidad directriz. Un extremo del rango es el peralte máximo establecido por razones prácticas, y usado para determinar la curvatura máxima de cada velocidad directriz. El peralte máximo puede ser diferente para diferentes condiciones del camino. En el otro extremo no se necesita peralte para caminos con rectas o curvas de radio extremadamente largos. Para las curvaturas entre estos extremos y para una velocidad directriz dada, el peralte debe elegirse para que exista una relación lógica (?) entre el factor de fricción lateral y el peralte aplicado.

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Pendiente transversal normal Las necesidades de drenaje y limpieza determinan el valor mínimo de pendiente transversal aplicable a la calzada. En general, de acuerdo con el tipo de camino y cantidad de lluvia, nieve y hielo, los valores mínimos aceptados de pendiente transversal varían de 1.5% a 2% (más información, “pendiente transversal” en Sección 4.2.2). En este capítulo se utiliza 2% como valor único de la pendiente transversal para pavimentos sin cordón. Generalmente se necesitan pendientes transversales mayores en las calzadas con cordones para minimizar la acumulación de agua en el exterior a través de carril. La forma o perfil de la pendiente transversal normal varía. Algunos estados y muchos municipios utilizan una calzada curvada, en general parabólica. Otros emplean una sección línea recta para cada carril. Peralte máximo de calles y caminos Cuatro factores controlan los peraltes máximos utilizados en los caminos: condiciones climáticas (frecuencia y cantidad de lluvia, nieve y hielo), condiciones del terreno (planos, ondulados, o montañosas), tipo de zona (rural o urbana), y la frecuencia de vehículos lentos cuyo operación pueda verse afectada por peraltes altos. La consideración conjunta de estos factores conduce a la conclusión de que ningún 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 dimensiones de elementos de diseño. La uniformidad permite a los conductores mejorar sus habilidades 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 conductor 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 práctica 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 existan nieve y hielo. Un peralte de 12% puede utilizarse en caminos enripiados de bajo volumen para facilitar el drenaje transversal; sin embargo, tales peraltes pueden alentar velocidades más altas, que conduzcan a la formación de roderas y desplazamiento de ripio. Generalmente 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 camino al parar o intentar arrancar lentamente desde una posición de parada. Una serie de pruebas (46) encontraron coeficientes de fricción para el hielo que van desde 0.05 hasta 0.2. según la condición del hielo (húmedo, seco, limpio y liso, o áspero).

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Las pruebas en nieve suelta o compacta muestran coeficientes de fricción desde 0.2 hasta 0.4. Otras pruebas (27) corroboraron estos valores. Probablemente, el extremo inferior de esta gama de coeficientes de fricción sólo se produce en la película fina de “congelamiento rápido” a una temperatura de unos -1° C en presencia de agua en el pavimento. Similares valores de baja fricción pueden ocurrir con finas capas de barro en la superficie del pavimento, con aceite o manchas esparcidas, y con altas velocidades y una profundidad suficiente de agua en la superficie del pavimento como para permitir el deslizamiento. Por estas razones, algunos organismos viales adoptan un peralte máximo de 8%; porque representa un peralte máximo lógico, independientemente de las condiciones de nieve o hielo, que tiende a reducir la probabilidad 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. 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 semáforos- se usan peraltes máximos bajos o ningún peralte. En estas zonas es difícil deformar los pavimentos de cruce para el drenaje, sin dar peralte negativo para algunos movimientos de giro. En resumen, se recomienda que (i) al establecer los controles de diseño de las curvas deben reconocerse varios valores de peralte máximo en lugar de un único tipo, (2) no debe superarse un peralte de 12%, (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%. Radio mínimo El radio mínimo es un valor límite de curvatura para una dada velocidad directriz, y se determina a partir de los valores máximos de peralte e y fricción lateral f de diseño. El uso de curvatura más aguda para esa velocidad directriz requeriría un peralte más allá del límite considerado práctico, o una operación con fricción y aceleración lateral más allá de lo considerado cómodo, o ambos. El radio mínimo de curvatura se basa en un umbral de la comodidad del conductor, suficiente 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 determinar los valores de peralte de las curvas más abiertas. El radio mínimo de curvatura, Rmín puede calcularse directamente a partir de la Ecuación 37 simplificada de la curva: (3.8)

Sobre la base de los máximos permisibles de los factores de fricción lateral de la figura 3-6, la Tabla 3-7 da el radio mínimo para cada uno de los cinco tipos de peralte máximos calculados utilizando la Ecuación 3-8.

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Tabla 3-7. Radio mínimo usando valores límite de e y f

Nota: En reconocimiento de consideraciones de seguridad, el uso de emáx = 4% se debe limitar a condiciones urbanas.

Para trazar la curva, el radio se mide hasta la línea de control horizontal, que a menudo es la línea central del alineamiento. Sin embargo, las ecuaciones de las curvas horizontales utilizan un radio de curva medido hasta el centro de gravedad de un vehículo, aproximadamente el centro del carril interior. Las ecuaciones no tienen en cuenta la anchura de la calzada o la ubicación de la línea de control horizontal. Para mantener la coherencia con el radio definido por las plataformas de giro, y para considerar la operación del motorista en el carril más interno, el radio utilizado para diseñar las curvas horizontales debe medirse hasta el borde interior del carril de viaje más interno, en particular para calzadas amplias con fuerte curvatura horizontal. Para los caminos de dos carriles, la diferencia entre la línea central de calzada y el centro de gravedad utilizado en las ecuaciones de las curvas horizontales es menor. Por lo tanto, el radio de la curva para un camino de dos carriles puede medirse hasta la línea central.

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Efectos de las pendientes En pendientes largas o bastante empinadas, los conductores tienden a viajar más rápido en bajada que en subida. Adicionalmente, la investigación (13) demostró que la demanda de fricción lateral es mayor en bajadas (por las fuerzas de frenado) y en subidas empinadas (por las fuerzas de tracción). Deben considerarse algunos ajustes en los valores de peralte en pendientes longitudinales mayores que 5%. Este ajuste es especialmente importante en caminos alto volumen de camiones y en caminos de baja velocidad con curvas intermedias que demandan altos de fricción lateral. En el caso de un camino dividido con cada calzada independientemente peraltada, o en una rama de un solo sentido, tal ajuste puede hacerse fácilmente. En la forma práctica más simple, los valores de las Tablas 3-8 a 3-12 pueden utilizar directamente, suponiendo una velocidad ligeramente superior para la bajada. Dado que los vehículos tienden a lentificar en las subidas empinadas, el ajuste del peralte se puede hacer sin reducir la velocidad directriz para la subida. La variación en la velocidad adecuada depende de las condiciones, en particular tipo y longitud de la pendiente y magnitud del radio de curva en comparación con otras curvas en la sección del camino de aproximación. En caminos de dos carriles y multicarriles indivisos, el ajuste por pendiente puede hacerse suponiendo una velocidad ligeramente mayor para la bajada y su aplicación a todo la calzada (ambos lados de subida y bajada). El peralte añadido para la subida puede ayudar a contrarrestar la pérdida de fricción lateral disponible debido a las fuerzas de tracción. En las subidas largas, el peralte adicional puede causar fricción lateral negativa a los vehículos lentos (camiones de gran tamaño). Este efecto se ve mitigado por la baja velocidad del vehículo, dando tiempo a volantear en contra, y la mayor experiencia y formación de los camioneros. 3.3.4 dad

Diseño de caminos rurales, autopistas urbanas y calles urbanas de alta veloci-

En los caminos rurales, autopistas urbanas, y calles urbanas de velocidad relativamente alta y uniforme, generalmente se equilibran las curvas horizontales para dar una transición de suave andar entre una curva y la siguiente. Se provee un diseño equilibrado para una serie de curvas de diferentes radios mediante la distribución adecuada de los valores e y f, para seleccionar un peralte adecuado en el intervalo desde la pendiente transversal normal al peralte máximo. Factores de fricción lateral La Figura 3-6 muestra los factores relacionados con la fricción recomendados para caminos rurales, autopistas urbanas, y calles y caminos urbanos de alta velocidad como una línea llena. Ellos dan un margen de seguridad razonable para diferentes velocidades. Los factores de la máxima fricción lateral varían directamente con la velocidad directriz desde 0.14 a 80 km/h, hasta 0.08 a 130 km/h. El informe de investigación Fricción lateral para peralte en las curvas horizontales (42) confirma la idoneidad de estos valores de diseño. Peralte Se recomienda el Método 5 para distribuir e y f en todas las curvas con radios mayores que el radio mínimo en caminos rurales, autopistas urbanas, y calles urbanas de alta velocidad.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-31

Procedimiento para desarrollar el Método 5 de distribución del peralte Los factores de fricción lateral mostrados con línea llena en la Figura 3-6 representan los valores máximos de diseño seleccionados para cada velocidad. Cuando estos valores se utilizan junto con el método 5 recomendado, determinan las curvas de distribución f para las diferentes velocidades. Restando estos valores f calculados del valor calculado de e/100 + f a la velocidad directriz se obtiene la distribución final de e (Figura 3-8). Las curvas finales de distribución de e, resultantes de este aproximación, se muestran en las Figuras 3-9 a 3-13.

Figura 3-8. Procedimiento del Método 5 para desarrollar la distribución del peralte

Figura 3-9. Valores de peralte de diseño para peralte máximo de 4%

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3-32

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles

Figura 3-10. Valores de peralte de diseño para peralte máximo de 6%

Figura 3-11. Valores de peralte de diseño para peralte máximo de 8%

Figura 3-12. Valores de peralte de diseño para peralte máximo de 10%

Figura 3-13. Valores de peralte de diseño para peralte máximo de 12%

Nota de los traductores 



En el sistema métrico, el grado de curvatura Gº de una curva circular dada es el ángulo al centro en grados sexagesimales subtendido por un arco de 100 m de longitud. Al resultar Gº = 5729.6 / R, la fórmula simplificada (3.8) de la curvatura máxima (radio mínimo) se vuelve: Gº máx. = 728148 (0.01emáx + fmáx) / V2 En la siguiente deducción de ecuaciones para distribuir el peralte e y la fricción lateral f según el Método 5 se indicaron las expresiones principales en función de R (columna izquierda) y en función de Gº (columna derecha). En los Libros Verdes de AASHTO la medición de los tamaños de curva según el concepto de grado de curvatura se suspendió a partir de la 3ª Edición de 1994. En los Libros Verdes suele emplearse la expresión curvatura (de un arco), pero no se la define expresamente como una relación entre el ángulo de las tangentes extremas (o ángulo al centro) y la longitud del arco. En la DNV-A10. Subsección 3.4.5 página 3.14/15 bajo los títulos Curvatura de una línea plana, Curvatura media, Curvatura en un punto – Círculo de curvatura o círculo osculador, Factores de conversión Fc, se aclara el concepto y la expresión de sus unidades según diferentes sistemas. La unidad del valor numérico 1/R de la curvatura de un arco es rad/m.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-33

(3-9)

La distribución de e y f para el Método 5 puede deducirse usando la ecuación de la curva básica, despreciando el término (1 – 0.01ef) usando la siguiente secuencia de ecuaciones en función del radio de curva R (3-9) a (3-22), y grado de curvatura Gº de (a) a (g):

(3-10)

(3-11)

(3-12)

(3-13)

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3-34

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(3-14)

(3-15)

(3-16)

(3-17)

(3-18)

(3-19)

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-35

(3-20)

(3-21)

(3-22)

La figura 3-8 es una disposición típica que ilustra el procedimiento del Método 5 para desarrollar la distribución final de e. La figura muestra cómo se determina el valor f para 1/R y luego se resta del valor de (e/100 + f) para determinar e/100. Un ejemplo del procedimiento para calcular e para una velocidad directriz de 80 km/h y un emáx de 8% se muestra a continuación:

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3-36 3.3.5

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles Tablas de diseño de peralte

Las Tablas 3-8 a 3-12 muestran los valores mínimos de R para varias combinaciones de peralte y velocidades directrices para cada uno de los cinco valores del peralte máximo (es decir, para una amplia gama de condiciones de diseño comunes). Cuando se utiliza una de las tablas para un radio dado, la interpolación no es necesario ya que el peralte debe ser determinado a partir de un radio igual a, o ligeramente menor que, el radio dado en la tabla. El resultado es una tasa de peralte que se redondea al más cercano de 0.2%. Por ejemplo, una curva 80 km/h con un peralte máximo de 8%, y un radio de 570 m debe usar el radio de 550 m para obtener un peralte 5.4%. El Método 5 se usó para distribuir e y f para velocidades altas al calcular el radio adecuado para el rango de valores de peralte, Se usó un programa de computadora para resolver ecuaciones de 3-9 a 3-22 para el radio mínimo, utilizando las diferentes combinaciones de e, f, peralte máximo, velocidad directriz y velocidad media de marcha (Tabla 3-6). Los radios mínimos para cada uno de los cinco tipos de peralte máximos también pueden calcularse (Tabla 3-7) a partir de fórmula simplificada de curva de fórmula usando los valores de f de la Figura 3-6. Excepto bajo condiciones climáticas extremas, los vehículos pueden viajar con seguridad a velocidades superiores a la velocidad directriz en curvas horizontales con los peraltes indicados en las tablas. Esto se debe al desarrollo de una relación radio/peralte que utiliza factores de fricción en general considerablemente menores que los que se pueden alcanzar. Esto se ilustra en la Figura 3-5. que compara los factores de fricción utilizados en el diseño de diversos tipos de elementos del camino y los factores de fricción lateral máxima disponibles en ciertos pavimentos de hormigón húmedo y seco. Tabla 3-8. Radios mínimos para peraltes de diseño, velocidades directrices, y emáx = 4%

Nota: El uso de emáx = 4% debe limitarse a condiciones urbanas.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-37

Tabla 3-9. Radios mínimos para peraltes de diseño, velocidades directrices, y emáx = 6%

Tabla 3-10. Radios mínimos para peraltes de diseño, velocidades directrices, y emáx = 8%

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3-38

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Tabla 3-11. Radios mínimos para peraltes de diseño, velocidades directrices, y emáx = 10%

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-39

Tabla 3-12. Radios mínimos para peraltes de diseño, velocidades directrices, y emáx = 12%

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3-40

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Radio mínimo de curva para sección con bombeo normal Las curvas horizontales muy abiertas no necesitan peralte. El tránsito en el carril interior de la curva tiene el beneficio de algún peralte proporcionada por la pendiente transversal normal. El tránsito en el carril exterior de una curva tiene un peralte adverso o negativo debido a la pendiente transversal normal, pero con curvas planas la fricción lateral necesaria para mantener la aceleración lateral y contrarrestar el peralte negativo es pequeña, sin embargo, en las curvas más nítidas sucesivamente para el mismo velocidad, se alcanza un punto donde la combinación de la aceleración transversal y peralte negativo supera la fricción lateral admisible, y una pendiente positiva a través de todo el pavimento es deseable para ayudar a sostener la aceleración lateral. Esta condición es la curvatura máxima donde una sección transversal normal de pavimento sea adecuada. La curvatura máxima para las secciones normales coronadas se determina mediante el establecimiento de valores de fricción constantes y bajos de factores y teniendo en cuenta el efecto de la pendiente transversal normal y los dos sentidos de marcha. El resultado es un grado decreciente de curvatura para velocidades directrices sucesivamente más altas. El término “bombeo o corona normal” (NC) designa una sección transversal de calzada utilizada en las curvas tan abiertas que no es necesario eliminar la pendiente transversal adversa, y por lo tanto se pueden usar las secciones transversales normales. Generalmente las necesidades de drenaje determinan la pendiente transversal normal. El término “remover bombeo o corona adversa” (RC) designa curvas en las que se debe eliminar la pendiente transversal adversa peraltando toda la calzada a la pendiente transversal normal. La pendiente transversal normal de la calzada usualmente aceptada varía de 1.5 a 2%. El radio mínimo de una sección de corona normal (NC) para cada velocidad directriz y peralte máximo se muestra en la fila superior de las Tablas 3-8 a 3-12. Son curvaturas que requieren peralte de 1.5% -el rango bajo de pendiente transversal normal- y por lo tanto indica el límite matemático de una sección mínimamente bombeada. Las curvas más cerradas no deben tener pendientes transversales adversas y deben peraltarse. Por uniformidad, estos valores deben aplicarse a todas los caminos, independientemente del valor de la pendiente transversal normal. A la velocidad directriz, los factores de fricción lateral desarrollados en estos radios con bombeo adverso varían entre 0.033 y 0.048. A partir de su valor uniforme y bajo en el rango de velocidades directrices y pendientes transversales normales, es evidente que estos radios son sensibles valores límites de las secciones de bombeo normal. La fila ‘RC’ de las Tablas 3-8 a 3-12 presenta radios mínimos para peralte calculado de 2%. Para los radios de curva que caen entre NC y RC, típicamente debe usarse una pendiente plana a través de todo el pavimento igual a la pendiente transversal normal. Será necesario una transición desde el bombeo normal hasta una línea recta de pendiente transversal. En una curva bastante cerrada como para necesitar un peralte mayor que 2%, el peralte debe aplicarse según las Tablas 3-8 a 3-12.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño 3.3.6

3-41

Diseño de calles urbanas de baja velocidad

En las calles urbanas de baja y variable se puede minimizar el uso del peralte en las curvas horizontales. Donde la demanda de fricción lateral supere el factor de fricción lateral disponible para la velocidad directriz se provee peralte en el rango desde pendiente transversal normal hasta el peralte práctico máximo. Factores de fricción lateral La Figura 3-6 muestra los factores de fricción lateral recomendados para calles y caminos de baja velocidad como una línea cortada. Estos factores de fricción lateral recomendados dan un margen de seguridad razonable a bajas velocidades y conducen a peraltes algo bajos si se los compara con factores de fricción a altas velocidades. Los factores de fricción lateral varían con la velocidad directriz de 0.40 a 15 km/h a 0.15 a 70 km/h. Un informe de investigación (42) confirma la idoneidad de estos valores de diseño. Peralte Aunque el peralte es beneficioso para las operaciones de tránsito, a menudo varios factores se combinan para hacer impracticable su uso práctico en zonas urbanas de baja velocidad:  zonas de pavimento amplias;  necesidad de cumplir con el nivel de la propiedad adyacente;  consideraciones de drenaje superficial;  deseo de mantener operación a baja velocidad, y  frecuencia de intersecciones con calles transversales, callejones y accesos a propiedad. Por lo tanto, frecuentemente las curvas horizontales de calles urbanas de baja velocidad se diseñan sin peralte, contrarrestando la fuerza lateral únicamente con la fricción lateral. Para el tránsito que viaja a lo largo de curvas a la izquierda, la pendiente transversal normal es un peralte adverso o negativo, pero, con curvas abiertas, la necesaria fricción resultante para contrarrestar la fuerza lateral es pequeña, incluso teniendo en cuenta el peralte negativo. En las calles urbanas de baja velocidad donde se aplique peralte se recomienda el Método 2 para diseñar las curvas horizontales en las que los conductores desarrollaron un umbral más alto de incomodidad. Por este método, ninguna fuerza lateral es contrarrestado por el peralte en tanto el factor de fricción lateral sea menor que el máximo especificado para el diseño del radio de la curva y la velocidad directriz. Para curvas más cerradas, f se mantiene en el máximo y el peralte e se utiliza en proporción directa con el aumento continuo de la curvatura hasta que llegue a emáx. Los valores de diseño recomendados aplicables a calles y caminos de baja velocidad se muestran como una línea discontinua en la Figura 3-6. Los radios del rango total de peraltes se calculan usando el Método 2 (ecuación simplificada de la curva) con los valores f de la Figura 3-6. Tabla 3-13 y Figura 3-14. Los factores que a menudo hacen poco práctico el peralte en las zonas urbanas de baja velocidad, también hacen impracticables los mejoramientos de peralte, al reconstruirse calles urbanas de baja velocidad. Por lo tanto, tales calles pueden mantener su pendiente transversal a menos que la curva tenga una historia inaceptable de accidentes. En tales casos debe considerarse la posibilidad de dar peralte según la Tabla 3-13 y, de ser posible, con los valores de las Tablas 3-8 a 3-12.

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3-42

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Tabla 3-13. Radios mínimos y peralte para calles urbanas de baja velocidad

Notas: 1. Calculado utilizando el Método 2 de distribución peralte. 2. El peralte puede ser opcional en calles urbanas de baja velocidad. 3. Los valores negativos de peralte más allá de -2% se deben utilizar para superficies no pavimentadas, tales como grava, piedra triturada, y tierra. Sin embargo, una pendiente transversal normal de -2.5% puede utilizarse sobre superficies pavimentadas en zonas con lluvias.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-43

Nota: Los valores negativos de peralte más allá de -2% se debe utilizar para superficies no pavimentadas, tales como grava, piedra triturada, y la tierra. Sin embargo, las zonas con intensas lluvias normales pueden usar pendientes transversales de un 2.5% en superficies pavimentadas. Figura 3-14. Peralte, radio y velocidad directriz para diseñar calles urbanas de baja velocidad Curva más cerrada sin radio mínimo peraltado para sección con bombeo normal

La fila -2% de la Tabla 3-13 da los radios mínimos para los cuales debe mantenerse un bombeo normal de 2%. La fila de -1.5% da los radios mínimos para los cuales debe mantenerse un bombeo normal de 1.5% retenido. Las curvas más cerradas no deben tener pendiente transversal adversa, y deben peralte de acuerdo con la Tabla 3-13. 3.3.7

Plataformas de giro

Las plataformas de giro incluyen ramas de distribuidores y curvas de intersecciones para los vehículos que giran a la derecha. Comúnmente para plataformas de giro de distribuidores se usan configuraciones bucle o diamante, compuestas de combinaciones de rectas y curvas. En las intersecciones, las plataformas de giro tienen una configuración diamante y comprenden curvas, a menudo compuestas. Preferiblemente, el radio mínimo de diseño debe medirse desde el borde interior de la plataforma de giro, en lugar de la mitad de la trayectoria del vehículo o de la línea central de la calzada. El radio y el peralte correspondiente para las plataformas de giro se determinan sobre la base de la velocidad directriz y los valores de peralte de las Tablas 3-8 a 3-12. las cuales usan el Método 5 de distribución del peralte, y dan peraltes adicionales para plataformas de giro con radios mayores que los mínimos para la velocidad directriz y peralte máximo seleccionado. Al seleccionar un radio mínimo se reconoce que las curvas más cerradas tendrán longitudes más cortas y menos oportunidades para desarrollar un valor alto de peralte. Esta condición se aplica particularmente a intersecciones donde el camino está girando a menudo cerca de la propia intersección, donde gran parte de su área está adyacente a la calzada directa, y donde el giro completo se hace mediante un ángulo total de unos 90º. El diseño de plataformas de giro no se aplica al diseño de giros en las intersecciones sin plataformas de giro separadas, Capítulo 9.

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3-44

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Velocidad directriz Los vehículos que giran en las intersecciones diseñados para giros de radio mínimo operan a baja velocidad, tal vez menos de 15 km/h. Aunque es deseable y a menudo práctico diseñar para vehículos de giro que operan a velocidades más altas, por seguridad y economía a menudo es necesario usar bajas velocidades de giro en la mayoría de las intersecciones. Las velocidades a que estas curvas de intersección deben diseñarse dependen de las velocidades de los vehículos en los caminos de aproximación, el tipo de intersección, y los volúmenes de tránsito directo y de giro. Generalmente, una velocidad de giro deseable para el diseño es la velocidad promedio de operación del tránsito en el camino de aproximación. Los diseños a tales velocidades no obstaculizan el flujo suave del tránsito y pueden justificarse por ramas de distribuidores o, en intersecciones, por ciertos movimientos que comprenden pocos o ningún conflicto con peatones u otro tránsito vehicular. Peralte máximo de plataformas de giro Las plataformas de giro incluyen ramas de distribuidores y curvas de intersecciones para los vehículos que giran a la derecha. Hasta su valor máximo práctico, deben desarrollarse peraltes tan altos como fuere posible para contrarrestar deslizamientos y vuelcos en las ramas. En la terminal de la plataforma de giro donde todo el tránsito se detenga, como en las señales Pare, generalmente es adecuado un peralte menor. Asimismo, si un número significativo de grandes camiones utilizarán plataformas de giro a la derecha en las intersecciones, deben usarse curvas abiertas que necesiten menos peralte, porque los camiones grandes pueden tener problemas para maniobrar curvas de intersección con peralte. Esto es particularmente cierto donde los camiones cruzan de un camino o rama inclinada en un sentido a otro inclinada en otro sentido. El peralte de las curvas de plataformas de giro en las intersecciones se trata en la Sección 9.6.6. Uso de curvas compuestas Cuando la velocidad directriz de la calzada de es de 70 km/h o menos puede utilizarse curvas compuestas para formar el alineamiento completo de la plataforma de giro. Cuando la velocidad supera los 70 km/h, a menudo es poco práctico el uso exclusivo de curvas compuestas, ya que tienden a necesitar gran cantidad de zona de camino. Por lo tanto, las plataformas de giro de alta velocidad siguen las guías de diseño de ramas de distribuidores de la Sección 10.9.6 e incluyen una mezcla de rectas y curvas. Mediante este aproximación, el diseño puede ser más sensible a la comodidad y seguridad del conductor. Una consideración importante es evitar diseños de curvas compuestas que induzcan a expectativas erróneas del conductor acerca de la agudeza de la curva. Para curvas compuestas de las plataformas de giro es preferible que la relación de radios contiguos no exceda 2:1. Esto se traduce en una reducción de unos 10 km/h en la velocidad media de marcha para las dos curvas.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-45

Las curvas compuestas no deben demasiado cortas, o se perderá su efecto e permitir un cambio de velocidad desde una recta o curva abierta hasta una curva cerrada. En una serie de curvas de radios decrecientes, cada curva debería ser lo suficientemente larga como para permitir al conductor desacelerar razonablemente. En las intersecciones se puede usar una desaceleración máxima de 5 km/h/s (deseable 3 km/h/s). La desaceleración deseable implica un frenado muy suave, dado que la sola desaceleración con la caja de cambios generalmente resulta en desaceleraciones entre 1.5 y 2.5 km/h/s. Según estos criterios, en la Tabla 3-14 se presentan las longitudes mínimas de curvas compuestas, desarrolladas sobre la premisa de sentido de marcha hacia la mayor curvatura. Para la condición opuesta de aceleración, la relación 2:1 no es tan crítica y puede excederse. Tabla 3-14. Longitudes de arcos circulares para diferentes radios de curva compuesta

3.3.8

Controles de diseño de transiciones

Consideraciones generales El diseño de las secciones de transición incluye la consideración de las transiciones en la pendiente transversal de la calzada y posibles curvas de transición incorporados en el alineamiento horizontal. La consideración anterior se conoce como transición de peralte y el último se conoce como transición de alineamiento. Cuando ambos componentes de transición se utilizan, están juntos en una sección común de la calzada al principio y al final de la línea principal de las curvas circulares. La sección de transición de peralte comprende las secciones desarrollo del peralte y tangente extendida. La sección desarrollo del peralte consiste en la longitud de camino necesaria para obtener un cambio en la pendiente transversal del carril externo desde cero (horizontal) hasta el peralte total, o viceversa. La sección tangente extendida consta de la longitud de camino necesaria para obtener un cambio en la pendiente transversal del carril externo desde la pendiente de la sección normal hasta cero (horizontal) fuera de carriles de la tasa de pendiente transversal normal a cero (plana), o viceversa. Para limitar la aceleración lateral, la rotación del pavimento en la sección de transición del peralte debe obtenerse en una longitud suficiente como para que tal rotación resulte imperceptible para el conductor. Para ser agradable en apariencia, los bordes del pavimento no deben aparecer distorsionados al conductor.

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3-46

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles

En la sección de transición de alineamiento puede usarse una curva de transición espiral o compuesta para introducir la curva principal circular de forma natural (es decir, coherente con la trayectoria dirigida del conductor). Tal curva de transición consta de una o más curvas alineadas y situadas para dar un cambio gradual del radio. Como resultado, un alineamiento de transición introduce suavemente la aceleración lateral asociada con la curva. Mientras que un cambio gradual en la trayectoria de acceso y la aceleración lateral es atractivo, no hay evidencia definitiva de que las curvas de transición sean esenciales para la operación segura de la calzada y, como resultado, muchos organismos no las utilizan. Cuando no se usa curva de transición la calzada recta se une directamente con la curva circular principal. Este tipo de diseño de ‘transición’ se conoce como “tangente-a-curva”. Algunos organismos emplean curvas espirales y utilizan su longitud para hacer la adecuada transición del peralte. Una curva espiral se aproxima a la trayectoria de giro natural de un vehículo. Un organismo considera que la longitud de la espiral debe basarse en un tiempo mínimo de 4 s de maniobra a la velocidad directriz del camino. Otros organismos no emplean curvas espirales, pero empíricamente designan longitudes proporcionales de recta y curva circular para el mismo propósito. En cualquier caso, en lo que se pueda determinar, la longitud de camino para obtener el desarrollo del peralte debe ser la misma. La revisión de la práctica de diseño actual indica que la longitud de una sección de desarrollo del peralte se rige en gran medida por su apariencia. Las longitudes de curvas de transición espiral determinadas por otros factores suelen ser más cortas que las determinadas por la apariencia general. Por lo tanto, las longitudes teóricamente deducidas se sustituyen con longitudes de desarrollo ya deducidas empíricamente. Varios organismos establecieron una o más longitudes de desarrollo de control en un rango de 30 a 200 m, pero no hay una base empírica universalmente aceptada para determinar la longitud del desarrollo, teniendo en cuenta todos los posibles anchos de calzada. En una expresión empírica ampliamente utilizada, la longitud del desarrollo se determina en función de la pendiente relativa del borde exterior de la calzada con respecto a la rasante de la línea principal. Tangente-a-curva de transición (TE) Longitud mínima del desarrollo del peralte – Por aspecto y comodidad, la longitud del desarrollo del peralte debe basarse en una diferencia máxima aceptable entre las pendientes longitudinales del eje de rotación del peralte y el borde exterior del pavimento. Generalmente el eje de rotación está representado por la línea central del alineamiento para caminos indivisos; sin embargo, pueden utilizarse otras líneas de referencia de pavimento.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-47

La práctica actual es limitar la diferencia de pendientes, referida como pendiente relativa, hasta un valor máximo de 0.5% o una pendiente longitudinal de 1:200 a 80 km/h. En una fuente (63), esta misma 1:200 pendiente se utiliza para una velocidad directriz de 80 km/h y más altas. Cuando las velocidades directrices son menos de 80 km/h se utilizan mayores pendientes relativas. Para reflejar la importancia de las velocidades directrices más altas y armonizar con elementos curvos más abiertos, horizontales y verticales, parece lógico extrapolar las pendientes relativas de las velocidades directrices más altas. La pendiente relativa máxima varía con la velocidad directriz para dar longitudes mayores de desarrollo a velocidades más altas y trayectos cortos a velocidades más bajas. La experiencia indica que los pendientes relativos de 0.8 y 0.35% dan longitudes aceptables de desarrollo para velocidades directrices de 20 y 130 km/h. La interpolación entre estos valores da las pendientes máximas relativas mostradas en la Tabla 3-15. La pendiente relativa máxima entre los perfiles de los bordes de calzadas de dos carriles debe ser el doble de los indicados en la tabla. Las longitudes de desarrollo determinadas sobre esta base son directamente proporcionales al peralte total, producto de anchura de carril y valor decimal del peralte. Ediciones anteriores de esta política sugirieron que las longitudes de desarrollo deben ser al menos igual a la distancia recorrida en 2 s a la velocidad directriz. Este criterio tiende a determinar las longitudes de las curvas de desarrollo con valores de peralte pequeños, de alta velocidad, o ambos. La experiencia con el criterio 2 s indica que el mejoramiento en el aspecto se ve compensado por una tendencia a agravar los problemas asociados con el drenaje del pavimento en la sección de transición. De hecho, se observa que algunos organismos no usan este control. A partir de esta evidencia, se concluye que un diseño cómodo y estéticamente agradable se puede obtener mediante el uso exclusivo del criterio de pendiente máxima relativa. Tabla 3-15. Pendientes máximas relativas

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3-48

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Ergo, la longitud mínima del desarrollo debe determinarse como:

(3-23)

La Ecuación 3-23 puede utilizarse directamente para calles o caminos indivisos donde la sección transversal se hace girar alrededor de la línea central del camino, y NL es igual a la mitad el número de carriles en la sección transversal. Más en general, la ecuación 3-23 se puede utilizar para la rotación sobre cualquier línea de referencia siempre que la anchura de giro (WNL) tenga un peralte común y se haga girar como un avión. Una aplicación estricta del criterio de pendiente relativa máxima da longitudes de desarrollo de los caminos de cuatro carriles indivisos, doble que para los caminos de dos carriles, y triple para los caminos de seis carriles indivisos. Mientras que las longitudes de este orden pueden ser deseables, a menudo no es práctico dar tales extremos en el diseño. Sobre una base puramente empírica, se recomienda que las longitudes mínimas de desarrollo peralte se ajusten hacia abajo, para evitar una largura excesiva en los caminos varios carriles. Los factores de ajuste recomendados de la Tabla 3-16 se aplican directamente a calles y caminos indivisos. Tabla 3-16. Factor de ajuste para el número de carriles Girada

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-49

Las longitudes mínimas típicas de desarrollo de peralte se presentan en la Tabla 3-17. Las longitudes mostradas representan los casos en que uno o dos carriles se hacen girar sobre un borde de pavimento. El primer caso se encuentra en caminos de dos carriles donde el pavimento se gira alrededor de la línea central o en ramas de distribuidores de un carril donde la rotación del pavimento es alrededor de una línea de borde. El último caso se encuentra en caminos multicarriles indivisos donde está separado cada sentido de giro alrededor de una línea de borde. La eliminación del criterio de resulta en longitudes más cortas de desarrollo para valores pequeños de peralte pequeños y mayores velocidades. Sin embargo, incluso las más cortas longitudes de desarrollo (correspondiente a un peralte de 2%) corresponden a tiempos de viaje de 0.6 s, suficiente para dar una superficie suave de perfil de borde de pavimento. Para alineamientos de alto tipo, pueden ser deseables longitudes de desarrollo de peralte más largas que las mostradas en la Tabla 3-17. En tal caso, las necesidades de drenaje o el deseo de suavidad en los perfiles de bordes de calzada pueden requerir un pequeño aumento de la longitud del desarrollo del peralte. Las longitudes de desarrollo del peralte de la Tabla 3-17 se basan en carriles de 3.6 m. Para otros anchos de carril, la longitud de desarrollo adecuada debería variar en proporción a la relación de la anchura de carril real a 3.6 m. Longitudes más cortas se podrían aplicar en diseños con carriles de 3 y 3.3 m de carriles, pero las consideraciones de coherencia y practicidad sugieren que las longitudes de desarrollo de los carriles de 3.6 m se deben utilizar en todos casos.

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Tabla 3-17. Desarrollo del peralte Lr (m) para las curvas horizontales

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-51

Longitud mínima de tangente extendida - La longitud de la tangente extendida se determina

por la cantidad de pendiente negativa transversal por retirar, y la tasa con que se retira. Para obtener un borde suave del perfil de pavimento, la velocidad de eliminación debe ser igual a la pendiente relativa utilizada para definir la longitud del desarrollo del peralte. Sobre este razonamiento, para calcular la longitud mínima de tangente extendida se usa: (3-24)

Determinadas con la ecuación 3-24 las longitudes de tangente extendida se listan en la fila 2% de la Tabla 3-17. Ubicación con respecto al fin de curva - En el diseño de tangente-a-curva es necesario ubicar

la posición de la longitud del desarrollo del peralte con respecto al punto de curvatura (PC). La práctica normal es dividir la longitud del desarrollo entre las secciones rectas y curvas, y evitar colocar toda la longitud del desarrollo en la recta o la curva. Con peralte completo alcanzado en el punto PC, el desarrollo se encuentra totalmente sobre la recta de aproximación, donde teóricamente no se necesita peralte. Si el peralte se desarrolla totalmente en la curva circular, en toda la longitud del desarrollo el peralte será menor que el deseado. Ambos extremos se asocian con una gran aceleración lateral máxima. La experiencia indica que es preferible ubicar parte del desarrollo en la recta, antes de PC, ya que esto tiende a minimizar el pico de aceleración lateral y la demanda de fricción lateral resultante. La magnitud de la demanda de fricción lateral efectuada durante el viaje a través del desarrollo del peralte puede variar con la trayectoria real de viaje del vehículo. Las observaciones indican que del comportamiento natural de manejo del conductor al entrar o salir de una curva resulta una trayectoria en espiral que normalmente empieza en la recta y termina más allá de PC. La mayoría de la evidencia indica que la longitud de esta espiral varía entre 2 a 4 s de viaje; sin embargo, su longitud también puede verse afectada por ancho de carril y presencia de otros vehículos. Ergo, la ubicación de una parte del desarrollo en la recta es coherente con la trayectoria espiral natural, adoptada por el conductor durante la entrada a la curva. Así, la introducción gradual del peralte antes de la curva compensa el incremento gradual en la aceleración lateral asociada con la trayectoria espiral. Como resultado, teóricamente la aceleración lateral pico originada en el PC debe ser igual al 50% de la aceleración lateral asociada con la curva circular.

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Para obtener este equilibrio en la aceleración lateral, la mayoría de los organismos viales ubican una parte de la longitud del desarrollo en la recta, antes de la curva. La proporción de la longitud del desarrollo colocado en la tangente oscila entre 60 a 80% con una gran mayoría de las agencias que usan 67% (2/3%). La mayoría de organismos usan coherentemente un único valor de esta proporción por todas curvas de calles y caminos. Las consideraciones teóricas confirman la conveniencia de incluir una mayor porción de la longitud del desarrollo en la recta de aproximación a la curva circular. Estas consideraciones se basan en el análisis de la aceleración que actúa lateralmente sobre el vehículo mientras se desplaza a través de la sección de transición. Esta aceleración lateral puede inducir un cambio de velocidad lateral y carril que podría conducir a problemas operacionales. Específicamente, una velocidad lateral en un sentido hacia fuera (con relación a la curva) resulta en un conductor que realiza una maniobra correctiva que produce un radio de trayectoria más agudo que el de la curva del camino. Tal radio crítico produce un aumento indeseable de la demanda de fricción lateral máxima. Por otra parte, una velocidad lateral de magnitud suficiente para desplazar el vehículo hacia un carril adyacente (sin maniobra correctiva) es también indeseable por razones de seguridad. El análisis de las consideraciones teóricas citadas llevó a la conclusión de que una asignación adecuada de longitud de desarrollo entre la recta y la curva puede minimizar los problemas operativos (12). Los valores obtenidos de los análisis se enumeran en la Tabla 3-18. Si se utilizan en el diseño, los valores listados en la Tabla 3-18 deben minimizar la aceleración lateral y el movimiento lateral del vehículo. Los valores menores que los enumerados tienden a estar asociados con mayores velocidades laterales exteriores. Los valores mayores que los mencionados tienden a estar asociados con grandes desplazamientos laterales. Tabla 3-18. Ubicaciones de desarrollos del peralte para minimizar el movimiento lateral del vehículo

Las consideraciones teóricas indican que los valores de la proporción de la longitud del desarrollo en la tangente en el intervalo de 0.7 a 0.9 (es decir, del 70 al 90%) dan las mejores condiciones de operación; el valor específico de este rango debe depender de la velocidad directriz y la anchura de giro. La experiencia obtenida de la práctica existente indica que la desviación de los valores de la Tabla 3-18 en un 10% no debería dar lugar a mensurables problemas de operación. El uso de un solo valor para la proporción de la longitud del desarrollo en la recta en el intervalo de 60 a 90% para todas las velocidades y anchuras rotadas se considera aceptable. Sin embargo, el refinamiento de este valor, sobre la base de las tendencias que se muestran en la Tabla 3-18 es deseable cuando las condiciones lo permiten.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-53

Límites de valores del peralte - Consideraciones teóricas indican que, cuando un vehículo

está viajando a través de una tangente a la curva de transición, los valores de peralte grandes están asociados con grandes cambios en la posición lateral del vehículo. En general, estos cambios en la posición lateral se pueden minimizar la ubicación adecuada de la sección de desarrollo del peralte, como se describió anteriormente. Sin embargo, grandes desplazamientos laterales debe ser compensado por el conductor a través de una acción de gobierno. En reconocimiento de los posibles efectos adversos que grandes cambios en la posición lateral puede tener en el control del vehículo, los valores de peralte de umbral asociado con un desplazamiento lateral de 1 m se identifican en la Tabla 3-19. Estas tasas de peralte limitantes no se aplican a velocidades de 80 km/h o más cuando se combina con tasas de peralte de 12% o menos. Tabla 3-19. Valores de peralte límites

Los diseños que incorporan peralte en exceso de los valores límites pueden estar asociados con desplazamiento lateral excesivo. Por lo tanto, se recomienda evitar tales tipos de peralte. Sin embargo, si se utilizan, se debe considerar la posibilidad de aumentar la anchura de la calzada a lo largo de la curva para reducir el potencial de invasión de vehículo en el carril adyacente. Curvas espirales de transición General - Todo vehículo automotor sigue una trayectoria de transición a medida que entra o sale de una curva horizontal circular. El cambio de sentido y la consecuente ganancia o pérdida de la fuerza lateral no se puede conseguir instantáneamente. Para la mayoría de las curvas, el conductor promedio puede seguir una trayectoria de transición adecuada, en los límites de ancho de carril normal. Sin embargo, las combinaciones de alta velocidad y fuerte curvatura conducen a trayectorias de transición más largas, lo que puede resultar en cambios en la posición lateral y la invasión a veces real en los carriles adyacentes. En tales casos, la incorporación de las curvas de transición entre la recta y la curva circular cerrada –y entre curvas circulares de radios sustancialmente diferentes- puede ser adecuada para facilitar al conductor a mantener el vehículo en su propio carril. Las principales ventajas de las curvas de transición en alineamiento horizontal son:

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1.

Una curva de transición adecuadamente diseñada da a los conductores una trayectoria natural, fácil de seguir, tal que los aumentos de fuerza lateral disminuyen gradualmente a medida que un vehículo entra y sale de una curva circular. Las curvas de transición minimizan la invasión de carriles de circulación adyacentes y tienden a promover una velocidad uniforme; simulan la trayectoria de giro natural de un vehículo.

2.

La longitud de la curva de transición es adecuada para desarrollar el peralte. La transición de la pendiente transversal normal del pavimento en recta a la sección totalmente peraltada de la curva se puede obtener a lo largo de la longitud de la curva de transición de una manera que se ajuste mejor a la relación velocidad/radio de los vehículos que circulen por la transición. Donde el desarrollo del peralte se introduce sin una curva de transición -por lo general parte en curva y parte en recta- el conductor que se aproxima a la curva por la parte recta peraltada para mantener el vehículo en su carril, puede necesitar dirigir el volante en sentido opuesto al de la curva. Una curva de transición espiral también facilita la transición de ancho donde se ensancha la calzada en una curva circular. Las transiciones espirales flexibilizan la ampliación de las curvas cerradas. La apariencia del camino o calle se mejoró con la aplicación de curvas espirales de transición, las cuales evitan roturas visibles en el alineamiento según la percepción de los conductores al principio y al final de curvas circulares. La figura 3-15 ilustra estas interrupciones, más prominentes por la presencia del desarrollo del peralte.

3.

4.

Longitud de espiral Longitud de espiral - Generalmente, para diseñar las curvas de transición se usa la espiral

de Euler o clotoide. El radio varía desde el infinito en el punto de inflexión hasta el radio del arco circular. Por definición, el radio de curvatura en cualquier punto de una espiral de Euler varía inversamente con la distancia medida a lo largo de la espiral. En el caso de una transición en espiral que conecta dos curvas circulares que tienen radios diferentes (ovoide en curvas del mismo sentido; inflexión en curvas de sentido contrario), existe un radio inicial en lugar de un valor infinito.

A - Curvas Sin Transición Espiral

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-55

B - Curvas Con Transición Espiral Figura 3-15. Espirales de transición (63)

La siguiente ecuación -desarrollada en 1909 por Shortt (53) para graduar la aplicación de la aceleración lateral en las curvas de las vías del tren- es la expresión básica utilizada por algunos organismos viales para calcular la longitud mínima de una curva de transición espiral:

(3-25)

El factor C es un valor empírico que representa los niveles de confort y seguridad previstos por la curva espiral. Generalmente se acepta el valor C = 0.3 m/s3 en ingeniería ferroviaria; para el diseño vial se usaron valores desde 0.3 hasta 0.9 m/s3. Esta ecuación a veces se modifica para tener en cuenta el efecto del peralte, que se traduce en longitudes de espirales mucho más cortas. Los caminos no necesitan tanta precisión como se obtiene del cálculo de la longitud de la espiral por esta ecuación o su forma modificada. Un control más práctico para la longitud de la espiral es que debe ser igual a la longitud necesaria para el desarrollo del peralte.

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Radio máximo para usar una espiral - Una revisión de las orientaciones sobre el uso de las

transiciones de la curva espiral indica una falta de coherencia entre los organismos viales. En general, la mayor parte de esta guía sugiere que un límite superior para el radio de curva se puede establecer de forma tal que sólo los radios por debajo de este máximo es probable que obtengan beneficios de seguridad y operativas por utilizar curvas de transición espiral. Varios organismos establecieron tal radio límite basados en aceleración lateral mínima, variable entre 0.4 y 1.3 m/s2. El extremo superior de este rango corresponde al radio de curva máxima para la que se notó hay alguna reducción del potencial de choque. Por ello se recomienda que el radio máximo para usar espiral se base en una aceleración lateral mínima de 1.3 m/s2 (13), Tabla 3-20. Los radios listados en la Tabla 3.20 son para uso de los organismos viales que desean utilizar las transiciones espirales curvas, no para definir radios que necesitan espiral. Tabla 3-20. Radio máximo para el uso de una transición curva espiral

Nota: El efecto de las transiciones curva espiral en la aceleración lateral es probable que sea insignificante para radios más grandes. Longitud de espiral mínima - Varios organismos definen una longitud mínima de espiral ba-

sados en la comodidad del conductor y cambios en la posición lateral de los vehículos. Los criterios basados en la comodidad del conductor dan una longitud de espiral que permite un aumento cómodo de la aceleración lateral cuando un vehículo entra en una curva. Los criterios basados en el desplazamiento lateral dan una curva espiral suficientemente larga como para cambiar la posición lateral de un vehículo en su carril, coherente con la trayectoria espiral natural del vehículo. Se recomienda utilizar conjuntamente estos dos criterios para determinar la longitud mínima de la espiral. La longitud de la espiral mínima puede calcularse como:

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-57

(3-26)

(3-27)

Para pmín se recomienda 0.2 m, valor coherente con el cambio lateral mínimo producido como resultado del comportamiento natural de la mayoría de los conductores. El valor mínimo recomendado para C es de 1.2 m/s3. El uso de los valores más bajos resultará en longitudes de curvas espiral más “cómodas”; sin embargo, tales extremos no representarían la longitud mínima coherente con la comodidad del conductor (?). Longitud de espiral máxima – La experiencia internacional indica la necesidad de limitar longitud de las curvas de transición en espiral; no deben ser tan largas (en relación con longitud de la curva circular) como para que los conductores no adviertan la agudeza de curva que se aproxima. Una longitud máxima conservadora de espiral que minimizaría posibilidad de tales problemas puede calcularse:

la la la la

(3-28)

Para pmáx se recomienda 1 m, valor coherente con el cambio lateral máximo producido como resultado del comportamiento natural de la mayoría de los conductores. También proporciona un equilibrio razonable entre la longitud y el radio de la curva espiral.

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Longitud de espiral deseable – Según un estudio de los efectos operativos de las curvas de

transición espiral (13), la longitud es un control importante de diseño. Específicamente, las condiciones de operación más deseables se observaron cuando la longitud de la curva espiral era aproximadamente igual a la longitud de la trayectoria en espiral natural de adoptado por los conductores. Las diferencias entre estas dos longitudes dan lugar a problemas operacionales asociados con grandes velocidades laterales o desplazamientos de posición lateral en el extremo de la curva de transición. Específicamente, una gran velocidad lateral en un sentido hacia fuera (con relación a la curva) podría llevar al conductor a realizar una maniobra de sentido correctiva que resulta en un radio de trayectoria más agudo que el radio de la curva circular. Tal radio crítico produce un aumento indeseable de la demanda de fricción lateral máxima. También son indeseables las velocidades laterales de magnitud suficiente como para desplazar un vehículo hacia un carril adyacente (sin maniobra correctiva). Sobre la base de estas consideraciones, en la Tabla 3-21 se muestran las longitudes deseadas de las curvas de transición espiral; corresponden a 2 s de tiempo de viaje a la velocidad directriz del camino, representante de la trayectoria espiral natural para la mayoría de los conductores (13). Las longitudes de espirales de la Tabla 3-21 se recomiendan como valores deseables para diseñar calles y caminos. Las consideraciones teóricas sugieren que las desviaciones significativas de estas longitudes tienden a aumentar los cambios en la posición lateral de los vehículos en el carril, lo que puede precipitar la invasión de un carril adyacente, o la banquina. Es aceptable usar mayores longitudes de curvas espirales, menores que Ls,máx. No obstante, cuando se utilicen tales longitudes más largas se debe considerar la posibilidad de aumentar la anchura de la calzada en la curva, para minimizar el potencial de intrusiones en los carriles adyacentes. Las longitudes de curvas espirales más largas que las mostradas en la Tabla 3-21 pueden ser necesarias para desarrollar el peralte deseado. Específicamente, las espirales doble de largo que las mostradas en la Tabla 3-21 pueden ser necesarias en tales situaciones. El cambio resultante en la posición lateral puede exceder 1 m; sin embargo, dicho cambio es coherente con la expectativa del conductor en un terminal de plataforma de giro, y puede ser acomodado por el ancho adicional de carril típicamente provisto en tales plataformas de giro. Por último, si la longitud de la curva espiral deseable mostrada en la Tabla 3-21 es menor que la longitud de la espiral curva mínima determinada a partir de las Ecuaciones 3-26 y 327 la longitud de la curva espiral mínima debe ser usarse en el diseño.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Tabla 3-21. Longitud deseable de Transición Espiral Curve

Longitud del desarrollo del peralte - En el diseño de la transición con una curva espiral se

recomienda que el desarrollo de peralte se realice sobre la longitud de la espiral. En su mayor parte, los valores calculados para la longitud de la espiral y la longitud del desarrollo no difieren significativamente. Sin embargo, en vista de la naturaleza empírica de ambos, un ajuste en uno para evitar tener dos conjuntos independientes de criterios de diseño es deseable. La longitud del desarrollo es aplicable a todas las curvas peraltadas, y se recomienda utilizar este valor para longitudes mínimas de espiral. Así, la longitud de la espiral debe ser igual a la longitud del desarrollo. El cambio en la pendiente transversal comienza introduciendo una sección de tangente-extendida justo antes de la curva espiral. La plena consecución del peralte se realiza entonces sobre la longitud de la espiral. En tal diseño, la totalidad de la curva circular tiene peralte completo. Valores límites de peralte – Una consecuencia de equiparar la longitud del desarrollo con la

longitud de la espiral es que la pendiente relativa resultante del borde de pavimento puede exceder los valores indicados en la Tabla 3-15. Sin embargo, pequeños aumentos de pendiente no tienen un efecto adverso en el confort o la apariencia. Los factores de ajuste listados en la Tabla 3-16 permiten aumentar 50% la pendiente máxima relativa cuando se hacen girar tres carriles. Los tipos de peralte asociados con un pendiente máximo relativo 50% mayor que los valores de la Tabla 3-15 se enumeran en la Tabla 3-22. Si el peralte utilizado en el diseño supera el indicado, la pendiente relativa máxima será al menos 50% mayor que la pendiente relativa máxima permitida para diseñar un PC. En esta situación, debe prestarse especial atención a la apariencia de la transición y a la brusquedad de su perfil de borde de pavimento.

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Tabla 3-22. Tipos de peralte asociados con pendientes relativas grandes

Nota: Sobre la base de la longitud deseada de transición espiral curva de la Tabla 3-21. Longitud de la tangente extendida - La longitud de tangente extendida para un diseño con

curva de transición espiral curva se basa en el mismo criterio utilizado para diseñar la transición recta a curva. Específicamente se desea perfil suave de borde de pavimento igual a la del desarrollo del peralte. Según este razonamiento puede usarse la siguiente ecuación:

(3-29)

Las longitudes de tangentes extendidas obtenidos a partir de la ecuación 3-29 se presentan en la Tabla 3-23. La longitud de esta tabla puede ser más larga de lo deseable para las combinaciones de peraltes bajos y velocidad alta. Tales longitudes no pueden dar un desagüe suficiente donde haya pendiente insuficiente. Tales preocupaciones se pueden evitar cuando se aplican los criterios de pendiente de perfil descritos después en esta sección.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-61

Tabla 3-23. Longitud de tangente extendida para diseñar la curva de transición espiral

Notas: 1. 2.

Basado en 2% de pendiente transversal normal. Tasas de peralte superiores a 10% y las células con “-“ coinciden con un grado de borde de pavimento que supera el pendiente máximo relativo en la Tabla 3-15 50% o más. Estos límites se aplican a los caminos donde se carril está girada, menores límites se aplican cuando se rotan más carriles (Tabla 3-16).

Ubicación con respecto al fin de la curva - En el diseño del alineamiento con espirales, el

desarrollo del peralte se efectúa sobre la totalidad de la curva de transición, desde TS hasta SC. El cambio en la pendiente transversal comienza mediante la eliminación de la pendiente transversal adversa del carril el exterior de la curva en una longitud de tangente justo por delante de TS (tangente extendida), Figura 3-16. Entre ST y SC, la curva espiral y el desarrollo de peralte son coincidentes y la calzada se gira para alcanzar el peralte completo en el SC. Esta disposición se invierte al salir de la curva. En este diseño, el conjunto de la curva circular tiene peralte completo. Curva de transición compuesta En general, las transiciones de curva compuestos se usan más comúnmente en plataformas de giro de baja velocidad en intersecciones viales. Métodos de obtención del peralte Según se ilustra en la Figura 3-16. para la transición de la calzada a una sección transversal peraltada se utilizan cuatro métodos; giro de calzada con pendientes transversales normales alrededor de (1) la línea central, (2) el borde interior, (3) el borde exterior, y (4) giro de calzada plana alrededor del borde exterior. En la figura, los métodos para cambiar la pendiente transversal se muestran rasantes rectas, pero es importante redondear los quiebres con curvas verticales cóncavas y convexas.. La línea horizontal de referencia es la rasante del eje de giro del peralte que controla el alineamiento vertical de la calzada a través de la curva horizontal. Aunque en la Figura 3-16 se representa como una línea horizontal, la rasante de referencia altimétrica puede corresponder a una recta, curva vertical, o combinación de ambas. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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En la Figura 3-16ª, la línea de referencia de cotas se corresponde con la rasante de la línea central. En las Figuras 3-16B y 3-16C la línea de referencia se representa como la rasante de un perfil “teórico” de la línea central, ya que no coincide con el eje de rotación. En la Figura 3-16D, la línea de referencia del perfil se corresponde con el borde exterior de la calzada. Las secciones transversales en la parte inferior de cada diagrama en la figura 3-16 indican cómo cambia la sección transversal desde bombeo normal en recta a peralte completo en la curva circular. La situación C se denomina ‘bombeo removido’. En el primer método, Figura 3-16ª, la calzada gira alrededor de la rasante de la línea central; es el más empleado porque el cambio en las cotas de borde se obtiene con menos distorsión que con los otros métodos; la mitad del cambio en cotas se hace en cada borde.

Coronado Calzada gira alrededor de línea central -A-

Coronado Calzada gira alrededor de borde interior -BFigura 3-16. Perfiles de diagrama que muestra los métodos de peralte para una curva a la derecha MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Coronado Calzada por revolución sobre el borde exterior -C-

Pendiente transversal recta Calzada por revolución sobre el borde exterior -D-

Nota: Los saltos angulares a redondeados de manera adecuada como se muestra (texto) Figura 3-16. Perfiles de diagrama que muestra los métodos de consecución de peralte de una curva a la derecha (Continuación) MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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En el segundo método, Figura 3-16B, la calzada gira alrededor de la rasante del borde interior, la cual se determina como una línea paralela a la línea de referencia del perfil. La mitad del cambio en la cota se realiza elevando el perfil real de la línea central con respecto al perfil interior de punta y la otra mitad al elevar el perfil exterior de borde una cantidad igual con respecto a la línea central perfil real. En el tercer método, Figura 3-16C, la calzada gira alrededor de la rasante del borde exterior; es similar al mostrado en la Figura 3-16B, excepto que el cambio de cota se realiza por debajo de la rasante del borde exterior, en lugar de por encima de la rasante del borde interior. En el cuarto método, Figura 3-16D, la calzada (pendiente transversal recta) gira alrededor de la rasante del borde exterior; se utiliza a menudo para calzadas de dos carriles y un sentido donde el eje de rotación coincide con el borde de la calzada adyacente a la mediana del camino. Los cuatro métodos para alcanzar el peralte son casi los mismos. La sección transversal A en un extremo de la tangente extendida es una sección transversal normal (o plana). En la sección transversal B, el otro extremo de la tangente extendida y el comienzo del desarrollo del peralte, el carril o carriles en el exterior de la curva son horizontales con el perfil real de línea central para las Figuras 3-16ª, 3 - 16B, y 16C-3; no hay ningún cambio en la pendiente transversal de la Figura 3-16D. En la Sección C, la calzada es un plano peraltado. Entre las secciones transversales B y C de las Figuras 3-16ª, 3-16B, y 16C-3. el carril o carriles exteriores cambian de una condición de nivel a una de peraltada, y la sección normal se mantiene en los carriles interiores. No hay ningún cambio entre las secciones transversales B y C de la Figura 3-16D. Entre las secciones transversales C y E la sección de pavimento gira hasta el peralte total. La pendiente transversal en un punto intermedio (por ejemplo, sección transversal D) es proporcional a la distancia desde la sección transversal C. En un sentido general, el método de rotación alrededor de la línea central mostrado en la Figura 3-16ª es más adaptable. El método de la Figura 3-16B es preferible cuando la rasante del borde interior/inferior sea un control importante, como el drenaje. Con las condiciones del perfil uniforme, su uso da como resultado la mayor distorsión del perfil del borde superior. Donde el aspecto general sea de alta prioridad, los métodos de las Figuras 3-16C y 16D-3 son deseables porque el perfil del borde superior -el borde más notable a los conductores- retiene la suavidad del perfil de control. Por lo tanto, la forma y el sentido de la línea central de perfil pueden determinar el método preferido para la consecución de peralte. Teniendo en cuenta el gran número de disposiciones posibles y en reconocimiento de los problemas específicos, tales como drenaje, evitación de pendientes críticas, estética y montaje de la calzada adyacente a la topografía, no se puede hacer una recomendación general para adoptar cualquier eje determinado de rotación. Para obtener los resultados más agradable y funcionales, cada sección de transición del peralte debe ser considerarse individualmente. En la práctica, cualquiera de las líneas de pavimento de referencia utilizada para eje de rotación puede ser la más adecuada para la situación en cuestión.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Diseño de perfiles suaves para bordes de calzada En los perfiles esquemáticos mostrados en la Figura 3-16 la rasante de control es de líneas rectas, con quiebres angulares en las secciones transversales A, C, y E. Para el aspecto general y la seguridad, estos quiebres deberían redondearse en el diseño final mediante la inserción de curvas verticales. Incluso cuando se utiliza la pendiente relativa máxima para definir la longitud del desarrollo, la longitud de la curva vertical no necesita ser grande para ajustarse al quiebre de 0.65% a 50 km/h (Figura 3-16) y 0.38% a 120 km/h de velocidad directriz. Cuando la calzada está girada sobre un borde, estos quiebres se duplican a 1.3% para 50 km/h y 0.76% para 120 km/h de velocidad directriz. Evidentemente, en estos casos se necesitan mayores longitudes de curvas verticales. No se establecieron criterios específicos para las longitudes de las curvas verticales en los quiebres. Sin embargo, para una guía aproximada la longitud mínima de la curva vertical en metros puede ser numéricamente igual a 0.2 veces la velocidad directriz en kilómetros por hora. Se deberían usar longitudes mayores siempre que sea práctico. Un segundo método utiliza un método gráfico para definir el perfil de borde, esencialmente de aplicación de regla flexible línea mediante el cual se calcula y traza la rasante de referencia en una escala vertical. Los puntos de control de peralte control están en la forma de vértices de quiebres como se muestran en la Figura 3-16. A continuación, por medio de una curva regla flexible, plantilla curva, curva de barco, o una curva circular, se trazan suaves líneas fluyentes aproximadas a las líneas rectas de control. La curvatura natural de la regla flexible casi siempre satisface la necesidad de suavizado mínimo. Una vez que los perfiles de borde se dibujan en la relación adecuada, las cotas pueden leerse al cm en los intervalos adecuados (según sea necesario para el control de la construcción). Una ventaja importante del método gráfico o de regla flexible es las opciones infinitas que da al proyectista. Las soluciones de rasantes alternativas pueden desarrollarse rápidamente sin necesidad de cálculos. El resultado neto es un diseño que se adapta bien a las condiciones de control particulares. El trabajo de diseño de ingeniería necesaria para este procedimiento es mínimo. Estas ventajas hacen que este método preferible a las otras formas de desarrollar los detalles de perfil para secciones del desarrollo del peralte. Lo dicho para regla flexible es aplicable al trazador diestro a mano levantada. Los caminos divididos justifican un mayor refinamiento del diseño, y una mayor atención a la apariencia que para caminos de dos carriles, dado que los caminos divididos suelen servir mucho mayores volúmenes de tránsito. Además, el costo de tales mejoramientos es insignificante en comparación con el costo de construcción de una autovía, por lo que debería ponerse mayor énfasis en el desarrollo armonioso y desenvuelto de perfiles de borde de calzada de caminos divididos.

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Eje de rotación con mediana En el diseño de caminos, calles, avenidas y caminos parque divididos, la inclusión de una mediana en la sección transversal influye en el diseño de la transición del peralte por las varias ubicaciones posibles para el eje de rotación. La ubicación más adecuada para este eje depende de la anchura de la mediana y su sección transversal. Las combinaciones comunes de estos factores y la ubicación correspondiente del eje se describen en los siguientes tres casos. La longitud de desarrollo para cada caso se determinará mediante la Ecuación 3-24. Caso I - El conjunto de la calzada, incluyendo la mediana, se peralta como un plano de sección. El Caso I debe limitarse a las medianas angostas y peraltes moderados para evitar diferencias sustanciales en la cota de los bordes extremos de la calzada que surge de la inclinación de la mediana. En concreto, el Caso I sólo se debe aplicar a medianas con una anchura de 4 m o menos. El peralte puede obtenerse utilizando un método similar al que se muestra en la Figura 3-16ª, a excepción de los dos bordes de la mediana, que aparecerán como perfiles sólo ligeramente alejados de la línea central. Para diseños del Caso I, la longitud del desarrollo debe basarse en la anchura del total girado (incluyendo el ancho de mediana). Sin embargo, debido a que las medianas estrechas tienen muy poco efecto sobre la longitud del desarrollo, los anchos de las medianas de hasta 3 m puede ignorarse cuando se determina la longitud del desarrollo. Caso II - La mediana se mantiene en un plano horizontal y las dos calzadas rotan separa-

damente alrededor de los bordes de mediana. El Caso II puede aplicarse a cualquier anchura de la mediana, pero es más adecuado para anchos de entre 4 y 18 m. Al mantener el nivel de los bordes de mediana, la diferencia en cota entre los bordes extremos de calzada puede limitarse a la necesaria para peraltar la calzada. Usualmente, los diseños de transición del peralte para el Caso II tienen las calzadas giradas de borde de mediana. El peralte puede obtenerse utilizando cualquiera de los métodos mostrados en las Figuras 3-16B, 316C, y 3-16D, con la misma línea de referencia para ambas calzadas. Donde el Caso II se utiliza para una mediana angosta de 3 m o menos mantenida en un plano horizontal, las longitudes de desarrollo del peralte pueden ser las mismas que para caminos indivisos. Caso III - Las dos calzadas se tratan por separado para el desarrollo que se traduce en dife-

rencias de variables en cotas en los bordes de la mediana. Caso III diseño se puede utilizar con medianas de ancho (es decir, el ancho de la mediana de 18 m o más). Para este caso, las diferencias en la cota de los bordes extremos de la calzada se reducen al mínimo por una pendiente de compensación a través de la mediana. Con una mediana de ancho, los perfiles y la transición peralte se puede diseñar por separado para los dos caminos. En consecuencia, el peralte puede ser alcanzado por el método de lo contrario se considera adecuado (es decir, cualquiera de los métodos en la figura 3-16 se puede utilizar). Caminos divididos garantiza un mayor refinamiento en el diseño y una mayor atención a la apariencia de los caminos de dos carriles porque sirven mucho mayores volúmenes de tránsito y porque el costo de tales mejoramientos es insignificante en comparación con el costo de la construcción. En consecuencia, los valores de longitud del desarrollo anteriormente indicada, deberá considerarse mínimos, y el uso de valores aún más largos debe ser considerado. Del mismo modo, se ha de insistir en el desarrollo de perfiles de flujo suave borde recorrido de ida del tipo obtenido por métodos de diseño regla flexible línea.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Pendientes de transición mínimas Dos posibles problemas de drenaje superficial del pavimento son de interés en la zona de transición del peralte. Uno se relaciona con la posible falta de pendiente longitudinal adecuada. Este problema ocurre generalmente cuando el eje de rotación de la pendiente es igual, pero de signo contrario, a la pendiente relativo efectiva. Resulta una insignificante pendiente longitudinal en el borde de pavimento que puede conducir a un mal drenaje superficie del pavimento, especialmente en secciones transversales acordonadas. El otro problema potencial se refiere al drenaje lateral inadecuado debido a la pendiente transversal despreciable durante la rotación del pavimento. Este problema se produce en la sección de transición donde la pendiente transversal del carril externo varía desde una pendiente adversa hasta la pendiente de sección normal. Esta longitud de la sección de transición incluye la sección de tangente extendida y una longitud igual de la sección de desarrollo. De esta longitud, la pendiente transversal del pavimento puede no ser suficiente para drenar adecuadamente el pavimento lateralmente. Hay dos técnicas distintas para aliviar estos problemas potenciales de drenaje: una es dar una pendiente mínima a la rasante de la sección de transición. La segunda es dar una pendiente mínima al borde de pavimento en la sección de transición. Ambas se pueden incorporar en el diseño por el uso de los criterios siguientes: 1. Mantener la pendiente mínima de rasante de 0.5% a través de la sección de transición. 2. Mantener la pendiente mínima de borde de pavimento de 0.2% (0.5% para las calles con cordones) a través de la sección de transición. El segundo criterio de pendiente equivale a las ecuaciones siguientes en relación con la rasante y la pendiente relativa máxima efectiva:

(3-30)

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El valor de 0.2 en la ecuación de control de pendiente (G) representa la pendiente mínima de pavimento para calzadas sin cordones en %. Si esta ecuación se aplica a calles con cordones, el valor 0.2 debería sustituirse por 0.5. Para ilustrar el uso combinado de los dos criterios de pendientes, considere una curva de un camino sin cordones con una pendiente relativa máxima de 0.65% en la sección de transición. El primer criterio excluiría a las pendientes entre -0.50 y 0.50%. El segundo criterio de pendiente excluiría pendientes en el rango de -0.85 a -0.45% (a través de los dos primeros componentes de la ecuación) y aquellos en el rango de 0.45 a 0.85% (a través de los dos últimos componentes de la ecuación). Dada la superposición entre los intervalos para los controles 1 y 2. el perfil de pendiente en la transición tendría que estar fuera del rango de 0.85 a 0.85% para satisfacer ambos criterios y dar un drenaje adecuado a la superficie del pavimento. Transiciones y curvas compuestas para plataformas de giro Los conductores que giran en intersecciones a nivel y en los terminales de ramas de distribuidores naturalmente siguen trayectorias de viaje transicionales, como lo hacen a velocidades mayores en camino abierto. Si las calzadas no están previstas para transitarlas en esta forma natural, muchos conductores pueden desviarse de la trayectoria deseada y desarrollar su propia transición, algunas veces hasta el punto de invadir otros carriles o la banquina. El uso de trayectorias de viaje naturales por parte de los conductores se consigue mejor mediante el uso de curvas de transición o espirales que puedan insertarse entre una recta y un arco circular o entre dos arcos circulares de radios diferentes. Los diseños prácticos que siguen trayectorias transicionales también pueden desarrollarse utilizando curvas circulares compuestas. Los caminos con transiciones tienen la ventaja adicional de dar un medio práctico para cambiar la sección transversal de normal a peraltada. Longitud de espiral de plataformas de giro Las longitudes de espirales para usar en las intersecciones se determinan de la misma manera que para caminos abiertos. En las curvas de intersección, las longitudes de las espirales pueden ser más cortas que en camino abierto, porque los conductores aceptan un cambio más rápido en el sentido del desplazamiento en condiciones de intersección. En otras palabras, C (cambio de la aceleración lateral en las curvas de intersección) puede ser más alto en las curvas de intersección que en las curvas en camino abierto, donde generalmente se aceptan valores de C de 0.3 a 1 m/s3. Los cambios para curvas de intersecciones se supone que varían de 0.75 m/s3 para una velocidad de giro de 80 km/h a 1.2 m/s3 a 30 km/h. Con el uso de estos valores en la fórmula Shortt (53), las longitudes de espirales para curvas de intersección se desarrollan en la Tabla 3-24. Las longitudes mínimas de espirales mostradas son para curvas de radio mínimo que se rigen por la velocidad directriz. Longitudes algo menores son adecuadas para radios superiores a los mínimos. Las espirales también pueden ser deseables entre dos arcos circulares de radios muy diferentes. En este caso, la longitud de la espiral (ovoide) puede obtenerse de la Tabla 3-24 usando un radio igual a la diferencia entre los radios de los dos arcos. Por ejemplo, dos curvas que van a conectarse con una espiral tienen radios de 250 y 80 m. Esta diferencia de 170 m está muy cerca de la curva de radio mínimo de 160 m en la Tabla 3-24. cuya longitud mínima sugerida es de unos 60 m.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-69

Tabla 3-24. Longitudes mínimas de espiral para las curvas de intersección

Las curvas compuestas en las intersecciones para que el radio de una curva sea más del doble que la otra deben tener una espiral intermedia (ovoide) o una curva circular de radio intermedio, insertado entre las dos. Si, en tales casos, la longitud calculada de espiral es menor que 30 m, se sugiere usar al menos 30 m. Curvas circulares compuestas Curvas circulares compuestas pueden crear efectivamente formas deseables de plataformas de giro para intersecciones a nivel y ramas de distribuidores. Sin embargo, donde se unan arcos circulares de radios muy diferentes el alineamiento puede parecer abrupto o forzado, y las trayectorias de viaje de los vehículos necesitarán considerable esfuerzo sobre el volante de dirección. Generalmente, en las curvas compuestas de caminos abiertos se acepta que la relación entre el radio más abierto y el radio más agudo no debería exceder 1.5:1. Para curvas compuestas en intersecciones y en plataformas de giro donde los conductores aceptan cambios mayores de dirección y velocidad, el radio del arco más abierto puede ser tanto como el doble del radio del arco más agudo, 2:1. La razón 2:1 en las intersecciones resulta aproximadamente en la misma diferencia (alrededor de 10 km/h) en las velocidades medias de marcha para las dos curvas. La experiencia de los organismos viales indica que las ramas con diferencias de radios en relación 2:1 dan en las intersecciones satisfactorias operación y apariencia. Donde fuere práctico debe usarse una diferencia menor entre los radios. Es deseable 1.75:1. Cuando la relación es mayor que 2:1 debe insertarse entre las dos curvas una longitud adecuada de espiral (ovoide) o un arco circular de radio intermedio. En el caso de curvas muy agudas diseñadas para acomodar trayectorias mínimas de vehículos, no es práctico aplicar esta relación de control. En este caso, las curvas compuestas deben desarrollarse para que se ajusten estrechamente a la trayectoria del vehículo de diseño, para la cual pueden necesitarse relaciones más altas, Capítulo 9.

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Las curvas compuestas no deben ser demasiado cortas, o puede perderse su eficacia para permitir una transición suave de recta o curva abierta a curva cerrada. En una serie de curvas de radios decrecientes, cada curva debería ser lo suficientemente larga como para permitir que el conductor desacelere razonablemente, que en las intersecciones se supone ser a no más de 5 km/h/s, aunque es deseable 3 km/h/s. Las longitudes mínimas de curvas que cumplan con estos criterios basados en las velocidades de marcha mostradas en la Tabla 36 se indican en la Tabla 3-25. Se basan en una desaceleración de 5 km/h/s, y una desaceleración mínima deseable de 3 km/h/s. La última desaceleración indica un frenado muy ligero, ya que la desaceleración con solo la caja de cambios es del orden de 1.5 a 2.5 km/h/s. Tabla 3-25. Longitud de arco circular para curva compuesta de intersección seguida por una curva de radio la mitad o precedido por una curva de radio doble

Estas guías de diseño para curvas compuestas se desarrollaron sobre la premisa de que el viaje es en el sentido de mayor curvatura. Para la condición de aceleración, la relación 2:1 no es tan crítica y puede excederse. 3.3.9

Salida de trayectoria de las ruedas traseras

La salida de trayectoria o huella de las ruedas es una característica común a todos los vehículos, aunque mucho más pronunciada con los vehículos de diseño más grandes, en los que las ruedas traseras no siguen precisamente la misma huella que las ruedas delanteras cuando el vehículo recorre una curva horizontal o hace un giro. Cuando un vehículo atraviesa a baja velocidad una curva sin peralte, las trayectorias de las ruedas traseras son interiores a las de las ruedas delanteras. Cuando un vehículo recorre una curva con peralte, las trayectorias de las ruedas pueden ser interiores a las de las ruedas delanteras, más o menos como en una curva sin peralte. Esto se debe al ángulo de deslizamiento de los neumáticos en relación con el sentido del desplazamiento, inducido por la fricción lateral desarrollada entre el pavimento y los neumáticos. La posición relativa de las huellas de rueda depende de la velocidad y la cantidad de fricción desarrollada para sostener la fuerza lateral no compensada por el peralte o, cuando se viaja lentamente, por la fricción desarrollado para contrarrestar el efecto de peralte no compensado por la fuerza lateral. A velocidades más altas, las trayectorias de las ruedas traseras pueden incluso ser exteriores a las de las ruedas delanteras.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-71

Deducción de los valores de diseño de sobreancho en curvas horizontales En cada caso, la cantidad de salida de huella de las ruedas, y por lo tanto la cantidad de ensanchamiento necesario en las curvas horizontales, depende conjuntamente de la longitud y otras características del vehículo de diseño y del radio de curva. La selección del vehículo de diseño se basa en el tamaño y frecuencia de los distintos tipos de vehículos esperados en las curvas del camino en cuestión. La cantidad de ensanchamiento necesaria aumenta con el tamaño del vehículo de diseño (para los vehículos de una sola unidad o vehículos con el mismo número de remolques o semirremolques) y disminuye con el radio de curva creciente. Los elementos de la anchura del vehículo de diseño que se utilizan para determinar el ensanchamiento adecuado incluyen: la anchura de huella de los vehículos de diseño que puedan encontrarse o pasar por la curva, U; la separación lateral entre vehículos, C; la anchura del voladizo frontal del vehículo que ocupa el o los carriles interiores, FA; la anchura del voladizo trasero, FB, y una asignación de ancho por la dificultad de la conducción en curvas, Z. El ancho de huella (U) para un vehículo que sigue una curva o hace un giro, también se conoce como ancho de trayectoria barrida, el cual es la suma de la anchura de la huella en recta (u) (2.4 o 2.6 m según el vehículo de diseño) y la cantidad de salida de huella. La salida de huella depende del radio de la curva o giro, el número y ubicación de los puntos de articulación, y las distancias entre ejes de ruedas. El ancho de huella en una curva (U) se calcula con la ecuación:

(3-31)

Esta ecuación se puede usar para cualquier combinación de radio, número de ejes, y distancia entre ejes. El radio de las curvas de camino abierto es la trayectoria del punto medio del eje delantero, sin embargo, para la mayoría de los propósitos de diseño en los caminos de dos carriles, el radio de la curva en la línea central del camino puede ser utilizado para simplificar los cálculos. Para plataformas de giro, el radio es la trayectoria de la rueda delantera exterior (31).

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3-72

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Las distancias entre ejes (Li) usadas en los cálculos incluyen las distancias entre cada eje y el punto de articulación en el vehículo. Para un camión de una sola unidad, sólo se considera la distancia entre el eje delantero y las ruedas motrices. Para un vehículo articulado, cada uno de los puntos de articulación se utiliza para determinar U. Por ejemplo, un camión combinación tractor/semirremolque tiene tres valores de Li que se consideran en la determinación de desvío de las ruedas: (1) desde el eje delantero al eje de accionamiento tractor, (2) desde el eje de accionamiento hasta el quinto pivote de rueda, y (3) desde el pivote de la quinta rueda en el eje trasero. En el proceso de suma, algunos términos pueden ser negativos en dos situaciones: (1) si el punto de articulación se encuentra en frente de, en lugar de detrás, del eje de accionamiento (66) o (2) si hay una saliente del eje trasero. La saliente del eje trasero es la distancia entre el eje trasero y el gancho de acoplamiento de un vehículo de remolque (31. 66) en un camión de combinación multirremolque. Los valores representativos para el ancho de huella de los vehículos de diseño se muestran en la figura 3-17 para ilustrar las diferencias en las anchuras relativas entre grupos de vehículos de diseño. La asignación de separación lateral, C, da un espacio libre entre el borde de la calzada y la trayectoria de rueda más cercana y para la separación de las carrocerías de los vehículos que se encuentran o pasan. La separación lateral por vehículo se supone de 0.6. 0.75 y 0.9 m de anchos de carriles en recta, Wn, igual a 6. 6.6 y 7.2 m. La anchura del voladizo o saliente frontal (FA) es la distancia radial entre el borde exterior de la trayectoria del neumático de la rueda delantera exterior y la trayectoria del borde frontal exterior de la carrocería del vehículo. Para las curvas y plataformas de giro, FA depende del radio de la curva, de la extensión del voladizo frontal del vehículo de diseño, y de la distancia entre ejes de la propia unidad. En el caso de combinaciones de tractor-remolque, sólo se utiliza la distancia entre ejes del vehículo tractor. La Figura 3-18 ilustra valores de ancho de voladizo para FA determina a partir de:

(3-32)

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-73

Figura 3-17. Ancho de huella para ensanchar calzada en curvas

Figura 3-18. Voladizo delantero para ensanchar calzada en curvas

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3-74

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La anchura de la proyección posterior (FB) es la distancia radial entre el borde exterior de la trayectoria de neumático de la rueda trasera interior y el borde interior de la carrocería del vehículo. Para el coche de pasajeros (P) de diseño del vehículo, la anchura de la carrocería es de 0.3 m mayor que la anchura de la anchura afuera-afuera de las ruedas traseras, haciendo FB = 0.15 m. En los vehículos de camión de diseño, la anchura de la carrocería es la misma que la anchura afuera-afuera de las ruedas traseras, y FB = 0. La asignación de anchura extra (Z) es una anchura radial adicional de pavimento para dar cabida a la dificultad de maniobra en una curva, y a la variación en la operación del conductor. Esta anchura adicional es un valor empírico que varía con la velocidad del tránsito y el radio de la curva. La asignación de ancho adicional se expresa como: (3-33)

Esta expresión, utilizada principalmente para ensanchar la calzada en caminos abiertos, también se aplica a curvas de intersección. La Figura 3-19 ilustra los valores calculados para Z para velocidades entre 20 y 100 km/h. Para el rango normal de los radios de curva en las intersecciones, Z converge a un valor casi constante de 0.6 m mediante el uso de relaciones de velocidad-curvatura para radios en el rango de 15 a 150 m. Esta anchura añadida, mostrada esquemáticamente en las figuras 3-20 y 3-21, debe suponerse distribuida sobre el ancho de calzada, no de cada carril.

Figura 3-19. Asignación de ancho extra por dificultad de conducción en curvas

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-75

Figura 3-20. Componentes del ensanchamiento de curvas en camino abierto (dos carriles, uno o dos sentidos)

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3-76

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3.3.10 Sobreancho de calzada en curvas horizontales A veces se amplía la calzada en las curvas horizontales para crear condiciones de operación comparables con las de las rectas. En los caminos antiguos con carriles angostos y curvas cerradas hubo gran necesidad de ensanchar las curvas, a pesar de que en general las velocidades eran bajas. En los caminos y calles modernas con carriles de 3.6 m y alineamiento de alto tipo, la necesidad de ensanchamiento disminuyó considerablemente a pesar de las más altas velocidades, pero para algunas condiciones de velocidad, curvatura, y anchura, sigue siendo adecuado ensanchar las calzadas. El ensanchamiento es necesario en ciertas curvas por una de las siguientes razones: (1) el vehículo de diseño ocupa un ancho mayor, porque las ruedas traseras generalmente huellan hacia el interior de las ruedas delanteras (salida de huella) al maniobrar las curvas, o (2) los conductores tienen dificultades en maniobrar sus vehículos en el centro del carril. La anchura añadida ocupada por el vehículo a medida que atraviesa la curva en comparación con la anchura de la calzada en recta puede calcularse por la geometría para cualquier combinación de radio y distancia entre ejes. El efecto de la variación en la ubicación lateral de las ruedas traseras con respecto a las ruedas delanteras, y de la dificultad resultante de maniobrar se resuelve ensanchando la calzada en las curvas, pero la cantidad adecuada de ensanchamiento no puede determinarse con tanta precisión como la simple salida de huella. La cantidad de ensanchamiento de la calzada en una curva horizontal es la diferencia entre la anchura necesaria en la curva y el ancho utilizado en una recta: (3-34)

El ancho de calzada necesario en una curva, Wc, tiene varios componentes relacionados con la operación en las curvas, incluyendo la anchura de huella de cada vehículo que se encuentra o pasa, U; la separación lateral de cada vehículo, C; la anchura del voladizo delantero del vehículo que ocupa el carril o carriles interiores, FA, y una asignación de ancho por la dificultad de conducir en curvas, Z. La aplicación de estos componentes se ilustra en la figura 3-20. Cada uno se deduce en la Sección 3.3.9. Para determinar el ancho Wc es necesario seleccionar un vehículo de diseño adecuado; por lo general debe ser un camión porque su desvío de ruedas es mucho mayor que para los coches de pasajeros. El vehículo de diseño BM-19 se considera representativo de las condiciones de caminos abiertos de dos carriles. Sin embargo, pueden seleccionarse otros vehículos que representen mejor a los más grandes en el tránsito real de un camino particular.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-77

En la Tabla 3-26 se presentan los valores de ensanchamiento de calzada para la condición supuesta de un vehículo WB-19 en un camino de dos carriles. Las diferencias en los anchos de huella de los camiones de diseño SU, BM-12. BM-19. BM-20. BM-20D, BM-30T, y el BM33D son sustanciales en las curvas cerradas asociadas con las intersecciones, pero para caminos abiertos en los que generalmente los radios son mayores que 200 m, con velocidades directrices superiores a 50 km/h, las diferencias no son significativas (Figura 3-17). Cuando prevalecen curvas cerradas (como para velocidad directriz de 50 km/h) y combinaciones de camiones grandes, los valores deducidos de ensanchamiento para el camión WB19 deben ajustarse de acuerdo con la Tabla 3-27. Los incrementos sugeridos de los valores tabulados para los rangos de radios son generales y no resultan necesariamente de una completa separación lateral C, o una asignación de ancho extra Z, como se muestra en la Figura 3-19 para los radios más cortos. Sin embargo, con velocidades y volúmenes más bajos y en los caminos con tales curvaturas, pueden ser adecuadas separaciones menores. Tabla 3-26. Valores calculados y de diseño para ensanchamiento calzada en curvas de caminos abiertos (dos carriles, uno o dos sentidos)

Notas: Los valores mostrados son para vehículo de diseño WB-19. y representan ensanchamientos o sobreanchos en metros. Para otros vehículos de diseño, utilice los ajustes de la Tabla 3-27. Los valores inferiores a 0.6 m pueden ignorarse. Por caminos de 3 carriles, multiplique los valores tabulados por 1.5. Por caminos de 4 carriles, multiplique los valores tabulados por 2.

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Valores de diseño para ensanchamiento de calzada Los ensanchamientos son costosos y en realidad se gana muy poco con uno pequeño. Se sugiere utilizar un ensanchamiento mínimo de 0.6 m, e ignorar los valores menores de la Tabla 3-26. los cuales son para un vehículo de diseño WB-19. Para otros vehículos de diseño se puede aplicar un ajuste según la Tabla 3-27. Los valores en la Tabla 3.26 también son aplicables a calzadas de dos carriles de un solo sentido (es decir, para cada calzada de un camino o calle dividida). Los estudios muestran que en un alineamiento recto se usan separaciones algo menores durante los adelantamientos que cuando dos vehículos se encuentran en una curva de dos sentidos. No hay evidencia de que estas distancias más pequeñas se obtengan en alineamiento curvo de caminos de un solo sentido. Por otra parte, los conductores no son capaces de juzgar distancias al adelantarse o encontrarse con vehículos opuestos en una curva de dos sentidos. Por este motivo y porque todos los elementos geométricos de un camino dividida son generalmente bien mantenidos, el ensanchamiento en una calzada de dos carriles y un sentido de un camino dividido debe ser igual al de un camino de dos carriles y dos sentidos, según se señala en la Tabla 3-26. Aplicación de ensanchamiento en curvas El ensanchamiento debería introducirse gradualmente en las proximidades de la curva para dar un alineamiento razonablemente suave del borde de la calzada, y adaptarse a las trayectorias de los vehículos que entran o salen de la curva. Los principales puntos de interés en el diseño del ensanchamiento de una curva aplicados en ambos extremos de las curvas son:  En las curvas simples sin espirales, el ensanchamiento debe aplicarse sólo en el interior de la calzada. En las curvas diseñadas con espirales, el ensanchamiento puede aplicarse en el borde interior o dividido en partes iguales a cada lado de la línea central. En el último método, la extensión de la tangente exterior de borde evita una curva inversa leve en el borde exterior. En cualquier caso, la línea central final marcada, y preferiblemente cualquier articulación longitudinal central, debe ser colocado a medio camino entre los bordes de la forma ensanchada recorrida.  El ensanchamiento de la curva debe ser gradual a lo largo de una longitud suficiente como para que toda la calzada sea utilizable. Aunque es deseable una transición larga para la operación de tránsito, puede resultar en angostas astillas de pavimento difíciles y caras de construir. Preferiblemente el ensanchamiento debería desarrollarse sobre la misma longitud del desarrollo del peralte, pero puede ser más cortas. Normalmente los cambios en la anchura deben efectuarse sobre una distancia de 30 a 60 m.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-79

Tabla 3-27. Ajustes de valores de ensanchamiento de calzada en curvas de camino abierto (dos carriles, uno o dos sentidos).

Notas: Los ajustes se aplican añadiendo o restando los valores de la Tabla 3-26. Los ajustes dependen sólo del radio y vehículo de diseño, y son independientes del ancho de la plataforma y velocidad directriz. Para calzadas de 3 carriles, multiplique los valores tabulados por 1.5. Para calzadas de 4 carriles, multiplique los valores tabulados por 2.

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La anchura W se calcula por la ecuación:

(3-35)







Desde los puntos de vista de utilidad y aspecto, el borde de la calzada a través de la transición del ensanchamiento debe ser una curva suave, elegante. Debe evitarse un borde de transición tangente. En los caminos secundarios o donde no se disponga de planos de detalles, en general una curva de transición trazada a ojo puede ser satisfactoria y mejor que una transición tangente. En cualquier caso, los extremos de transición debe evitar una ruptura angular en el borde de pavimento. En los alineamientos sin espirales puede obtenerse un ensanchamiento suave y ajustado con una mitad a dos tercios de la longitud de la transición a lo largo de la recta y el equilibrio a lo largo de la curva. Esto es coherente con un método común para obtener el peralte. El borde interior de la calzada puede diseñarse como una espiral modificada, con puntos de control determinados por la relación ancho/longitud de una cuña triangular, con valores calculados sobre la base de una curva parabólica o cúbica, o mediante una curva compuesta más grande. De lo contrario, puede alinearse a ojo en el campo. En alineamientos con curvas en espiral, el aumento de la anchura se distribuye normalmente a lo largo de la longitud de la espiral. Las zonas de ensanchamiento pueden detallarse completamente en los planos de construcción. Alternativamente, en los planos generales pueden citarse controles generales o planos tipo, con detalles finales dejados para el ingeniero de campo.

3.3.11 Anchos de plataformas de giro en intersecciones Los anchos de las plataformas de giro en las intersecciones se rigen por los tipos de vehículos que las recorran, el radio de curvatura y la velocidad esperada. Pueden diseñarse para uno o dos sentidos, según el patrón geométrico de la intersección. La selección de un vehículo de diseño adecuado debería basarse en el tamaño y la frecuencia de los tipos de vehículos que utilizan o que se espera utilicen la intersección. El radio de curvatura y el ancho de huella del vehículo de diseño determinan el ancho de una plataforma de giro. Los elementos anchos para el vehículo que gira se muestran en la Figura 3-21 y se explican en la Sección 3.3.9. Se ignoran los efectos de peralte insuficiente y de superficies de baja fricción que tiendan causar que las ruedas traseras de los vehículos que viajan a altas velocidades se desvíen hacia afuera, desarrollando los adecuados ángulos de deslizamiento.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Figura 3-21. Deducción de anchos de plataformas de giro en curvas de intersecciones

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Las plataformas de giro se clasifican según propósitos en operación de un solo carril, con o sin la oportunidad de adelantarse a un vehículo descompuesto, y operación de dos carriles, de uno o dos sentidos. Comúnmente en el diseño se consideran estos tres casos: Caso I – Usualmente la operación de un carril y un sentido sin provisión de adelantamiento a un vehículo descompuesto es adecuada para movimientos menores de giro y volúmenes de giro moderados donde el camino que se conecta sea relativamente corto. Bajo estas condiciones, la posibilidad de un vehículo descompuesto es remota, pero uno de los bordes de la calzada debería tener preferiblemente un cordón inclinado o al ras con la banquina. Caso II – La operación de un carril y un sentido con posibilidad de adelantarse a un vehículo

descompuesto se usa para baja velocidad y con separación suficiente. Estos anchos son aplicables a todos los movimientos de giro de volúmenes de tránsito de moderados a fuertes que no excedan la capacidad de una conexión de un solo carril. En el caso de una avería, el flujo de tránsito puede mantenerse a una velocidad algo menor. Muchas ramas y conexiones en las intersecciones canalizadas pertenecen a esta categoría. Sin embargo, para el Caso II, los anchos necesarios para los vehículos más largos son muy grandes, como se muestra en la Tabla 3-28. Los anchos del Caso I para estos vehículos más largos, como los vehículos de diseño BM-19. BM-20. BM-30T, y el BM-33D, puede tener que utilizarse como valores mínimos donde ellos estén presente en cantidades suficientes como para ser considerados como adecuados vehículos de diseño. Caso III – Operación de dos carriles, uno o dos sentidos, aplicable donde la operación es de

dos sentidos, o donde es de un sentido pero se necesitan dos carriles para acomodar el volumen de tránsito.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Tabla 3-28. Anchos de pavimento deducidos de plataformas de giro para diferentes vehículos de diseño

Valores de diseño La anchura total, W, de calzadas separadas de giro en las intersecciones se deduce mediante la suma de los adecuados anchos de elementos. Las fórmulas separadas para anchos y separación lateral, C, y la asignación por dificultad de conducción en curvas, Z, para cada uno de los tres casos se muestran en la Figura 3-21. Los valores para el ancho de huella, U, se obtiene de la Figura 3-17 y los valores de saliente frontal, FA, de la figura 3-18. Los valores de U y FA se leen de la figura para el radio de giro, Rp, el cual es estrechamente aproximado mediante la adición del ancho de huella y separaciones adecuadas al radio del borde interior de la plataforma de giro. Al determinar el ancho para el Caso I, un espacio libre lateral, C, de 1.2 m, se considera adecuado. La asignación por dificultad de conducción en curvas, Z, es constante, igual a unos 0.6 m para todos los radios de 150 m o menos. En este caso, el voladizo frontal, FA, no necesita ser considerado no hay adelantamiento implicado.

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Para el caso II, la anchura implica U y C para el vehículo detenido y el U y C para el vehículo que se adelanta. A esto se añade la anchura extra para el voladizo delantero, FA, de un vehículo, en el voladizo, FB, (si la hay) de otro vehículo. La anchura del voladizo trasero para un automóvil de pasajeros se considera 0.15 m. FB para camiones es 0. Se supone una separación total de la mitad del valor de C en los otros dos casos (es decir, 0.6 m para el vehículo parado y 0.6 m para el vehículo que se adelanta). Debido a que el adelantamiento de un vehículo descompuesto se hace a bajas velocidades, se omite la asignación de anchura adicional, Z. Todos los elementos anchos se aplican al Caso III: para determinar el ancho total se añaden valores de U y FA obtenidos a partir de las Figuras 3-17 y 3-18. respectivamente; espacio libre lateral, C, de 1.2 m; FB de 0.15 m de los vehículos de pasajeros, y Z de 0.6 m. Los anchos de deducidos para diferentes radios para cada vehículo de diseño se dan en la Tabla 3-28. Para uso de diseño general, las anchuras recomendadas indicadas en la Tabla 3-28 rara vez se aplican directamente, debido a que por lo general las plataformas de giro acomodan más de un tipo de vehículo. Incluso los caminos-parque diseñados principalmente para vehículos P son utilizados por ómnibus y camiones de mantenimiento. En el otro extremo pocos, si alguno, de los caminos públicos se diseñan para acomodar plenamente los WB-19 o vehículos de diseño más largos. Los anchos necesarios para algunas combinaciones de vehículos de diseño separados se vuelven la guía de diseño práctica para caminos que se intersecan. Tales anchos de diseño se dan en la Tabla 3-29 para tres condiciones lógicas de tránsito mixto definidas abajo. Sin embargo, donde los vehículos de diseño más grandes como WB-19 o 33D-WB usarán las plataformas de giro o ramas, la instalación debe acomodar sus trayectorias de giro por lo menos para la condición del Caso I. Por lo tanto, los anchos del Caso I para el vehículo de diseño adecuado y los radios mostrados en la Tabla 3-28 deben evaluarse para determinar si exceden la anchura mostradas en la Tabla 3-29. Si lo hacen, se debe considerar la posibilidad de utilizar el ancho para el caso que se muestra en la Tabla 3-28 como anchos mínimos de plataforma de giro o rama. Las condiciones de tránsito para definir anchos de plataformas de giro se describen en términos generales porque no se dispone de datos de volumen de tránsito, o el porcentaje del volumen total para cada tipo de vehículo, como para definir con precisión las condiciones de tránsito. Condición de tránsito A - Esta condición de tránsito comprende fundamentalmente vehículos

P, pero se da alguna consideración a los camiones SU-9; los valores de la Tabla 3-29 son algo superiores a las de los vehículos de P en la Tabla 3-28. Condición de tránsito B - Esta condición tránsito incluye suficientes camiones SU-9 que rigen el diseño, pero también se da alguna consideración a camiones combinación tractorsemirremolque; los valores de la Tabla 3-29 para Casos I y III son para los vehículos SU de la Tabla 3-28. Para el caso II, los valores se reducen como se explica más adelante en esta sección. Condición de tránsito C - Esta condición tránsito incluye suficientes camiones combinación tractor-semirremolque WB-12 como para gobernar el diseño; los valores de la Tabla 3-29 para casos I y III son los del camión WB-12 en la Tabla 3-28. Para el Caso II se reducen los valores. En general, las condiciones de tránsito A puede asumir que tienen un pequeño volumen de camiones o sólo un camión grande ocasional; Tránsito Condición B, un volumen moderado de camiones (por ejemplo, en el intervalo de 5 a 10% del tránsito total); y C Condición de tránsito, camiones de más y más grande. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Tabla 3-29. Anchos de diseño de pavimentos para plataformas de giro

Nota: A = predominantemente vehículos P, pero alguna consideración de camiones SU B = suficientes vehículos SU-9 para gobernar diseño, pero alguna consideración de camiones combinación semirremolque C = suficientes ómnibus y camiones-combinación para gobernar el diseño

En la Tabla 3-29 se suponen los vehículos en combinación más pequeños para deducir los anchos del Caso II que para deducir los anchos del Caso III porque el adelantamiento de vehículos descompuestos en el primero tiende a ser muy poco frecuentes. Además, no se necesita suponer una salida de huella completa para los dos vehículos, el descompuesto y el que pasa. A menudo los vehículos descompuestos estarán adyacentes al borde interior de la calzada, lo que proporciona espacio libre adicional para el adelantamiento del vehículo.

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Los vehículos de diseño o conjuntos de vehículos de diseño diferentes que se usan al determinar los valores dados en la Tabla 3-29 para las tres condiciones de tránsito suponiendo separación completa para los vehículos de diseño indicados son:

La combinación de letras, tal como P-SU-9 para el Caso II, significa que el ancho de diseño en este ejemplo permite que un vehículo de diseño P se adelante a un vehículo descompuesto camión SU-9 o viceversa. Al asumir separación completa, la asignación se hizo para los valores de C. En la negociación de calzadas diseñadas para vehículos más pequeños, los vehículos más grandes tendrán menor separación, necesitarán usar velocidades más bajas, y demandarán más cuidado y habilidad de los conductores, pero hay un límite para el tamaño de los vehículos que pueden operar en estas calzadas más angostas. Los vehículos más grandes que pueden operar en plataformas de giro de los anchos mostrados en la Tabla 3-29. pero con separación parcial que varía desde alrededor de la mitad de los valores totales de C hasta los valores casi totales para las curvas más abiertas, son:

Las anchuras de la Tabla 3-29 están sujetas a alguna modificación con respecto al tratamiento en el borde, como se muestra en la parte inferior de la tabla. Un vehículo grande ocasional puede pasar a otro en un camino diseñado para vehículos pequeños, si hay espacio y estabilidad fuera del camino y no hay ninguna barrera para impedir su uso ocasional. En tales casos, la anchura puede ser un poco más angosta que la dimensión tabulada. Los cordones verticales a lo largo del borde de un carril da a los conductores una sensación de restricción y los ocasionales vehículos grandes no tienen espacio adicional para maniobrar; por esta razón, los caminos deberían ser un poco más anchos que los valores que mostrados en la Tabla 3-29. En los caminos rectos, donde haya una banquina adyacente estabilizada pueden reducirse las anchuras de los casos II y III y, bajo ciertas condiciones, para el Caso I. Los valores del caso II pueden reducirse por el ancho adicional de banquina estabilizado, pero no por debajo de los anchos del Caso I. De manera similar, los valores de caso III pueden reducirse 0.6 m. Los valores del Caso I para vehículos de diseño individuales son mínimos recomendados, incluso con una banquina utilizable, excepto en recta. Cuando a ambos lados se usan cordones verticales, los anchos tabulados se deben aumentarse 0.6 m para los Casos I y III, o 0.3 m para el caso II, debido a que los vehículos detenidos son adelantados a baja velocidad. Cuando el cordón sólo está en un lado de la calzada, la anchura añadida puede ser sólo 0.3 m para Casos I y III, y nada para el Caso II.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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El uso de la Tabla 3-29 en el diseño se ilustra mediante el siguiente ejemplo. Supongamos que la disposición geométrica y el volumen de tránsito para un movimiento de giro específico son tales que un carril, y operación de un sentido con necesidad de adelantamiento de vehículo descompuesto pasar un vehículo parado es adecuado (Caso II), y que el volumen de tránsito incluye 10 a 12% de camiones, con una combinación ocasional de semirremolque grande para los cuales es aplicable la condición de tránsito C. Entonces, con un radio de 50 m para el borde interior de la calzada, la anchura tabulada en la Tabla 3-29 es 7 m. Con una banquina estabilizada de 1.2 m, el ancho de la plataforma de giro puede reducirse a 5.8 m (la parte inferior de la Tabla 3-29). Con un cordón vertical en cada lado (y por lo tanto, sin banquina estabilizada), el ancho de la plataforma de giro no debe ser inferior a 7.3 m. Anchos fuera de la calzada Además de la calzada, el ancho de una plataforma de giro incluye banquinas o separación lateral equivalente. En todo el rango de intersecciones, la anchura adecuada de la banquina varía desde nada o mínima en calles urbanas con cordones, hasta el ancho en las secciones transversales de caminos abiertos. En una intersección canalizada, las banquinas para plataformas de giro son generalmente innecesarias. Los carriles pueden estar definidos por cordones, marcas de pavimento, o isletas. Las isletas pueden ser con cordones y los controles generales dimensionales para las isletas dan las separaciones laterales adecuadas fuera de los bordes de la plataforma de giro. En la mayoría de los casos, las plataformas de giro son relativamente cortas, y las secciones de las banquinas no son necesarias para el almacenamiento temporal de los vehículos. Donde haya una plataforma separada para giros a la derecha, su borde izquierdo define un lado de la isleta triangular. Si la isleta es pequeña o importante, especialmente en el sentido de los movimientos, se puede definir tanto por cordones o marcas de pavimento. Donde el radio de giro sea grande, el lado de la isleta puede estar definido por postes indicadores, delineadores, o simplemente por marcas del pavimento y el borde del pavimento de la plataforma de giro. En cualquier caso, normalmente es innecesaria una banquina izquierda. Sin embargo, si se usan cordones debe haber una separación, o una sección bastante plana de anchura suficiente en el lado izquierdo, para evitar afectar la ubicación lateral de los vehículos Por lo general, en las zonas rurales se provee una banquina en el lado derecho de una plataforma de giro a la derecha. En la sección transversal y en el tratamiento general, la banquina derecha debe ser esencialmente la misma que la banquina del camino abierto adyacente, posiblemente algo reducida en anchura debido a las condiciones en las intersecciones. Dado que los vehículos que giran tienen una tendencia a invadir la banquina, debe considerarse la provisión de resistentes banquinas derechas para acomodar las asociadas cargas de rueda. A pesar de que un cordón en el lado derecha podría reducir las operaciones de mantenimiento que se derivan de los vehículos que invaden el interior de la curva y provocan depresiones o deshilachados de borde, debe desalentarse la introducción de un cordón adyacente a caminos de alta velocidad. Para condiciones urbanas de baja velocidad es práctica normal el cordón del borde derecho de una plataforma de giro. En trazados canalizados de gran escala y en los distribuidores puede haber plataformas de giro, de curvatura y longitud suficientes para estar bien retiradas de otros caminos.

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Tales plataformas de giro deben tener banquina en ambos lados. Cuando se usan, los cordones deben ubicarse en el borde exterior de la banquina y deben ser inclinados. Algunas plataformas de giro, en particular ramas, pasan por arriba de estructuras de drenaje, o por arriba o debajo de otros caminos, o adyacentes a muros o cortes de roca en uno o ambos lados. En esos lugares se aplican directamente las separaciones mínimas de las estructuras establecidas en Capítulos posteriores y en la actual edición de las Especificaciones AASHTO LRPD sobre Diseño de Puentes (7). Además debe evaluarse la adecuada distancia visual, dado que las curvas cerradas pueden necesitar separaciones laterales mayores que las mínimas. La Tabla 3-30 es un resumen del rango de valores de diseño para condiciones de las plataformas de giro descritas. En plataformas sin cordones o con cordones inclinados, la banquina adyacente debe ser del mismo tipo y sección transversal que en el camino de aproximación. Los anchos mostrados son de banquinas útiles. Cuando se provean barreras laterales, la anchura indicada se debe medir hasta la cara de la barrera, y el ancho nivelado debe ser de unos 0.6 m mayor. Para volúmenes medios y altos son deseables banquinas pavimentadas o estabilizadas en un ancho de 1.2 m o más. Tabla 3-30. Rango de anchos útiles de banquina o separaciones laterales equivalentes fuera de plataformas de giro, no sobre estructura

Nota: Todas las dimensiones deben aumentarse, si corresponde, por distancia visual.

3.3.12 Distancia visual en curvas horizontales Otro elemento del alineamiento horizontal es la distancia visual a través del interior de las curvas. Cuando en el interior de las curvas o en el interior del carril de mediana de caminos divididos haya obstrucciones visuales (muros, taludes de corte, edificios, barreras longitudinales) y su eliminación sea impracticable, puede ser necesario ajustar el diseño de la sección transversal del camino, o el alineamiento. Debido a las muchas variables en alineamiento, sección transversal, y en el número, tipo y ubicación de las obstrucciones potenciales, usualmente se necesita un estudio específico para cada curva individual. Con la distancia visual para la velocidad directriz como control, el proyectista debe comprobar las condiciones reales de cada curva y hacer los ajustes necesarios para proveer adecuada distancia visual. Distancia visual de detención Para uso general en el diseño de una curva horizontal, la línea visual es una cuerda de la curva, y la distancia visual de detención se mide a lo largo de la línea central del carril interior alrededor de la curva. La Figura 3-22 es un gráfico que muestra las separaciones necesarias de la línea visual horizontal que satisfacen los criterios de distancia visual de detención presentados en la Tabla 3-1 para curvas horizontales de diversos radios en pendientes planas. La Figura 3-22 incluye radios para todos los valores de peralte hasta un máximo de 12%. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Línea de Visión Horizontal Offset, HSO, línea central de carril interior para obstrucción visual (m) Figura 3-22. Controles de diseño de distancia visual de detención en curvas horizontales

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Los valores de las separaciones de la línea visual horizontal (HSO) de la Figura 3-22 se deducen de la geometría de las varias dimensiones, como se indica en el dibujo esquemático en la Figura 3-23 y en la Ecuación 3-36. La ecuación se aplica sólo a las curvas circulares más largas que la distancia visual de detención para la velocidad directriz pertinente. Las relaciones entre R, HSO, y V de este gráfico se pueden comprobar rápidamente. Por ejemplo, con una velocidad directriz 80 km/h y una curva de 350 m de radio, es necesaria un área de visión despejada con un desplazamiento de la línea visual horizontal de aproximadamente 6 m. Otro ejemplo: para una obstrucción visual en una HSO igual a 6 m de la línea central del carril interior en una curva con un 175 m radio, la distancia visual necesaria es aproximadamente a la extremo superior del intervalo para una velocidad de aproximadamente 60 km/h.

Figura 3-23. Diagrama que ilustra los componentes para determinar la distancia visual horizontal

(3-36)

[NdT: ¿S igual en curva que en recta?]

Las restricciones visuales horizontales pueden ocurrir donde haya un talud de corte en el interior de la curva. Para las alturas de ojos 1.08 m y de objeto 0.6 m que se utilizan para la distancia visual de detención se puede utilizar una altura de 0.84 m en el punto medio de la línea de visión, donde generalmente los taludes de corte obstruyen la visual. Esto supone que hay poca o ninguna curvatura vertical. Para un camino con calzada de 6.6 m, banquinas de 1.2 m, una asignación de 1.2 m para sección de cuneta, y 1V: 2H (1 m vertical por cada 2 m horizontal) taludes de corte, la obstrucción visual es de unos 5.75 m fuera de la línea central del carril interior.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-91

Esto es suficiente para una adecuada distancia visual a 50 km/h cuando las curvas tienen un radio de aproximadamente 90 m o más, y a 80 km/h cuando las curvas tienen un radio de unos 375 m o más. Las curvas más cerradas necesitarían taludes más tendidos, escalonados, u otros ajustes. En el otro extremo, los caminos con dimensiones laterales normales de más de 16 m dan suficientes distancias visuales de detención para las curvas horizontales sobre todo el rango de velocidades directrices y curvas. En algunos casos, los muros de contención, barreras de mediana de hormigón, y otras características similares construidas en el interior de las curvas pueden ser obstrucciones visuales, y debe revisarse la distancia visual de detención. Por ejemplo, una obstrucción de este tipo, ubicada 1.2 m desde el borde interior de una calzada de 7.2 m tiene una línea de visión horizontal de desplazamiento de aproximadamente 3 m. A 80 km/h esto proporciona distancia visual suficiente cuando una curva tiene un radio de aproximadamente 700 m o más. Si la obstrucción se mueve un adicional de 0.3 m lejos de la calzada creando una línea de visión horizontal de desplazamiento de 3 m, una curva con un radio de 625 m o más proporciona la distancia visual suficiente a la misma velocidad de 80 km/h. La misma conclusión se aplicaría a los edificios existentes, u obstrucciones similares a la visual en el interior de las curvas. Donde no se disponga de suficiente distancia visual de detención debido a una baranda o barrera longitudinal constituye una obstrucción visual deben considerarse diseños alternativos. Las opciones son: (1) aumentar la separación a la obstrucción, (2) aumentar el radio, o (3) reducir la velocidad directriz. Sin embargo, la opción seleccionada no debe incorporar anchuras de banquina en el interior de la curva en exceso de 3.6 m, por el peligro de que los conductores utilicen las banquinas anchas como carriles de adelantamiento o de viaje. Según la Figura 3-23, el método presentado es sólo exacto cuando tanto el vehículo y la obstrucción visual se ubican en los límites de la curva horizontal simple. Cuando el vehículo o la obstrucción visual se sitúan más allá de los límites de la curva simple, los valores obtenidos son sólo aproximados. Lo mismo es cierto si el vehículo, la obstrucción visual, o ambos están situados en los límites de una espiral o una curva compuesta. En estos casos, el valor obtenido se resultaría en valores de separaciones de la línea visual ligeramente más grandes que las necesarias para satisfacer la distancia visual de detención deseada. En muchas instancias, la separación adicional resultante no será significativa. Siempre que la Figura 3-22 no sea aplicable, el diseño debe revisarse mediante la utilización de procedimientos gráficos o de cálculo. Distancia visual de adelantamiento NdT: Según el Artículo 42 a) de la Ley 24449, en la Argentina están prohibidos los adelantamientos en curva, cualquiera que sea la distancia visual disponible. Tampoco se permite en encrucijada,

puente, cima de la vía o lugar peligroso. La distancia visual de adelantamiento mínima de un camino o calle de dos carriles es casi el doble que la distancia visual de detención mínima a la misma velocidad. Para cumplir con estas distancias visuales mayores, las zonas visuales despejadas al interior de las curvas deben tener anchos superiores a los expuestos. La Ecuación 3-36 es directamente aplicable a la distancia visual de adelantamiento, pero es de valor práctico limitado, excepto en las curvas largas. Un gráfico que demostrara el uso de esta ecuación agregaría valor para alcanzar conclusiones negativas – que sería difícil mantener distancia visual de adelantamiento en otras curvas que las muy amplias. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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3-92

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La distancia visual de adelantamiento se mide entre altura de ojos de 1.08 m y altura de objeto de 1.08 m. La línea de visión cerca del centro de la zona interior de una curva es aproximadamente 0.24 m mayor que para la distancia visual de detención. En las secciones en corte, la dimensión resultante lateral para secciones del camino normales transversales (1V: 2H a 1V: 6H pendientes dorsales) entre la línea central del carril interior y el punto medio de la línea de visión es de 0.5 a 1.5 m de mayor que el de la distancia visual de detención. Es obvio que para muchos tramos de corte, el diseño para distancia visual de adelantamiento debe, por razones prácticas, se limitará a tangentes y curvas muy amplias. Incluso en terreno llano, la provisión de distancia visual de adelantamiento necesita un área despejada en el interior de cada curva que, en algunos casos, se extienden más allá del normal límite de zona de camino. En general, el proyectista debe utilizar métodos gráficos para comprobar las distancias visuales en las curvas horizontales. Este método se presenta en la Figura 3-2. 3.3.13 Controles generales para el alineamiento horizontal (*) Además de los elementos de diseño específicos para el alineamiento horizontal discutidos, en la práctica se reconocen varios controles no sujetos a la deducción teórica, pero importantes para la eficiencia y suave fluidez de los caminos. La curvatura excesiva o pobres combinaciones de curvatura limitan la capacidad del tránsito y causan pérdidas económicas por mayores tiempos de viaje y costos de operación, y en detrimento de una apariencia agradable. Para evitar estas pobres prácticas de diseño deben usarse los controles generales siguientes donde fuere práctico: 

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El alineamiento debe ser tan directo como fuere práctico, coherente con la topografía y ayudar a preservar las propiedades desarrolladas y los valores de la comunidad. Una línea fluyente ajustada en general a las formas naturales es preferible a una con rectas que acuchillen el terreno. Con el alineamiento curvilíneo, las heridas de la construcción pueden reducirse al mínimo y preservarse las laderas naturales y el crecimiento. Tal diseño es deseable desde los puntos de vista de la construcción y el mantenimiento. En general, el número de curvas cortas debe mantenerse a un mínimo. El alineamiento curvilíneo compuesto de curvas cortas debe evitarse, ya que por lo general conduce a una operación errática. Aunque las cualidades estéticas del alineamiento curvilíneo son importantes, las rectas largas son necesarios en los caminos de dos carriles y dos sentidos para disponer de suficiente distancia visual de adelantamiento en la mayor cantidad práctica de longitud del camino. En alineamientos desarrollados para una velocidad directriz dada, el radio de curvatura mínimo para tal velocidad se debe evitar siempre que sea posible. En general el proyectista debe intentar utilizar curvas abiertas, reservando el radio mínimo para las condiciones más críticas; el ángulo central de cada curva debería ser tan pequeño como las condiciones físicas lo permitan, de modo que el camino será tan direccional como sea práctico. Este ángulo central debe ser absorbido en la más larga curva práctica, pero, en los caminos de dos carriles, la excepción señalada en el párrafo anterior se aplica para preservar la distancia visual de adelantamiento. Siempre debe buscarse un alineamiento coherente. Las curvas cerradas no deben introducirse en los extremos de rectas largas. Deben evitarse los cambios bruscos desde zonas de curvatura abierta hasta zonas de curvatura cerrada. Donde se introduzca una fuerte curvatura debe llegarse a ella mediante una serie de curvas sucesivamente más cerradas.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño 

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Para pequeños ángulos de deflexión, curvas deben ser suficientemente largas como para evitar la apariencia de un quiebre. Las curvas debe ser de al menos 150 m para un ángulo al centro de 5º, y la longitud mínima debe aumentarse 30 m por cada disminución de 1 grado en el ángulo central. La longitud mínima de curvas horizontales en los caminos principales, Lc min, debe ser tres veces la velocidad expresada en km/h, o Lc min = 3V. En caminos de alta velocidad con control de acceso que por razones estéticas usen curvas amplias, la longitud mínima deseable de las curvas debe ser el doble de la longitud mínima descrita anteriormente, o des Lc = 6V. En largos y altos terraplenes deben evitarse las curvas cerradas. En ausencia de taludes de corte, arbustos, y árboles que se extiendan por encima del nivel de la calzada, es difícil para los conductores percibir el grado de curvatura y ajustar su operación. Se debe tener precaución al usar curvas circulares compuestas; aunque su permite flexibilizar el ajuste del camino a los controles topográficos y otros, la facilidad con que los proyectistas pueden utilizar estas curvas puede tentar a hacerlo sin restricciones. Debe evitarse en curvas muy cerradas. Las curvas compuestas con grandes diferencias de radio introducen las mismas preocupaciones que surgen en las aproximaciones rectas a curvas circulares. Donde las restricciones topográficas o de zona de camino aconsejen su uso, el radio del arco más abierto, R1, no debe ser más de 50% mayor que el radio del arco circular más cerrado, R2 (R1 no debe exceder de 1.5 R2). Una curva compuesta múltiple (varias curvas en secuencia) puede ser adecuada como una transición a curvas cerradas, Sección 3.3.8. Puede ser deseable una transición espiral (ovoide) entre curvas abiertas y cerradas, sucesivas y del mismo sentido. En los caminos de un solo sentido, como ramas, la diferencia de radios de curvas compuestas no es tan importante si la segunda curva es más abierta que la primera. Sin embargo, el uso de curvas compuestas en ramas, con una curva abierta entre dos curvas más cerradas, no es una buena práctica. Deben evitarse las reversiones abruptas en el alineamiento porque dificultan a los conductores el mantenimiento del vehículo en su propio carril, y porque es difícil peraltar ambas curvas adecuadamente, por lo que puede resultar una operación errática. La distancia entre las curvas reversas debe ser la suma de las longitudes de desarrollo de peralte, más las longitudes de tangente-extendida o, preferentemente, una longitud equivalente con curvas espirales, como se define en la Sección 3.3.8. Si no se dispone de distancia suficiente (más de 100 m) como para permitir las longitudes de tangente extendida o, preferiblemente, una longitud equivalente con espiral para volver a una sección de corona normal, puede haber una gran longitud donde la línea central y la de borde estén a la misma cota, y resulte un drenaje transversal pobre. En este caso, las longitudes de desarrollo del peralte deben aumentarse hasta que junten, dando así una sección horizontal instantánea. Para calzadas con pendientes transversales rectas hay menos dificultades en volver los bordes a la sección normal, y la longitud guía de 100 m puede disminuirse.

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Deben evitarse las disposiciones “espalda quebrada” o “espalda chata” del alineamiento horizontal (recta corta entre dos curvas del mismos sentido), excepto cuando inusuales condiciones topográficas o de zona de camino impidan otras opciones. Excepto en los caminos circunferenciales, la mayoría de los conductores no esperan curvas sucesivas del mismo sentido; la preponderancia de las curvas sucesivas en sentidos opuestos desarrollan una expectativa subconsciente de los conductores, que hacen inesperadas las curvas sucesivas del mismo sentido separadas por cortas rectas. Tampoco se complace a la buena apariencia. Para tales situaciones es preferible usar curvas compuestas y espirales de transición con cierto grado de peralte continuo. Por lo general, el término “espalda quebrada” no se aplica cuando la recta intermedia es de una longitud considerable tal que diluya la expectativa del conductor. Incluso en este caso, el alineamiento puede ser desagradable en apariencia cuando ambas curvas son claramente visibles desde alguna distancia. Para evitar la aparición de distorsiones incoherentes, el alineamiento horizontal debe coordinarse cuidadosamente con el diseño altimétrico. Los controles generales de esta coordinación se discuten en la Sección 3.5. Debe evitarse el cambio de anchura de mediana en los alineamientos rectos, para no introducir una apariencia distorsionada de chicana.

(*) NdT: Conceptualmente igual a las versiones anteriores de los Libros Verdes

3.4

ALINEAMIENTO VERTICAL

3.4.1

Terreno

La topografía del terreno atravesado influye en el alineamiento de los caminos y las calles. La topografía afecta al alineamiento horizontal, pero tiene un efecto incluso más pronunciado en el alineamiento vertical. Para caracterizar las variaciones topográficas, generalmente los ingenieros las separan en tres grupos de acuerdo con el terreno: plano, ondulado y montañoso. 

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En terreno plano, las distancias visuales gobernadas por las restricciones horizontales y verticales son generalmente largas o pueden hacerse así sin dificultades constructivas o de costo importante. En terreno ondulado, constantemente las pendientes naturales suben y bajan respecto del nivel de camino o calle, y ocasionales pendientes fuertes restringen los alineamientos horizontal y vertical. En terreno montañoso, los cambios longitudinales y transversales en la cota de la tierra con respecto al camino o calle son bruscos, y la excavación paredes verticales y laterales colina frecuencia se necesitan para obtener la orientación aceptable horizontal y vertical.

Las clasificaciones de terreno se refieren a las características generales de un corredor específico. Las rutas por valles, pasos o zonas montañosas que tengan todas las características de los caminos o calles que atraviesan terrenos planos u ondulados deben clasificarse como planas u onduladas. En general, el terreno ondulado genera pendientes más empinadas que el terreno plano, ocasionando la reducción de velocidad de los camiones por debajo de la de los automóviles; el terreno montañoso tiene efectos aún mayores, por lo que algunos camiones operan a velocidades de arrastre.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño 3.4.2

3-95

Pendientes

Los caminos y calles deben diseñarse como para fomentar una operación uniforme. Las velocidades directrices se utilizan como un medio para este fin, mediante la correlación de diferentes características geométricas del camino o calle. Los criterios de diseño se determinaron para muchas características viales, pero poco se sabe sobre la relación adecuada de las pendientes del camino con la velocidad directriz. En esta sección se presentan las características del vehículo que opera sobre pendientes, y las relaciones establecidas entre las pendientes y sus longitudes con la velocidad directriz. Características de operación del vehículo en pendientes Coches de pasajeros – Las prácticas de los automovilistas en pendientes varían grandemente, pero en general se acepta que casi todos los coches de pasajeros pueden maniobrar fácilmente pendientes tan pronunciadas como 4 a 5%, sin una pérdida apreciable de la velocidad, por debajo de la que normalmente se mantiene en los caminos planos. La pérdida de velocidad puede ser más pronunciada para los coches con alto peso/potencia, incluyendo algunos automóviles compactos y subcompactos. Los estudios muestran que, en condiciones sin congestión, la operación en una subida del 3% sólo tiene un ligero efecto sobre las velocidades de los automóviles de turismo, en comparación con las operaciones en terreno plano. En subidas más empinadas, las velocidades disminuyen progresivamente con el aumento de la pendiente. En las bajadas, las velocidades de los vehículos de pasajeros generalmente son un poco más altas que en secciones planas, pero gobiernan las condiciones locales. Camiones - El efecto de las pendientes sobre las velocidades de los camiones es mucho más pronunciado que sobre los automóviles. El promedio de velocidad de los camiones en tramos planos se aproxima a la velocidad media de los vehículos de pasajeros. En general los camiones aumentan la velocidad hasta en un 5% en las bajadas y la disminuyen un 7% o más en las subidas, en comparación con su operación en terrenos planos. En las subidas, la velocidad máxima que puede mantener un camión depende principalmente de la longitud e inclinación de la pendiente, y la relación peso/potencia del camión, la cual es igual al peso bruto del vehículo dividido por la potencia neta del motor. Otros factores que afectan la velocidad promedio del camión en una pendiente son la velocidad de entrada, la resistencia aerodinámica, y la habilidad del camionero. Los dos últimos factores causan sólo pequeñas variaciones en la velocidad promedio en pendientes. Mediante numerosos estudios de comportamiento de los camiones se determinaron los efectos separados y combinados de pendiente, fuerza de tracción y peso bruto del vehículo (18, 24, 36, 37, 52, 61, 67). El efecto de la inclinación y la longitud de la pendiente sobre la velocidad de un camión pesado típico se muestran en las figuras 3-24 y 3-25. De la figura 3-24 puede determinarse hasta qué punto un camión, que comienza a subir desde cualquier velocidad hasta unos hasta unos 120 km/h, viaja sobre varias pendientes o combinaciones de pendientes antes de alcanzar una cierta o uniforme velocidad. Por ejemplo, con una velocidad de entrada de aproximadamente 110 km/h, un camión viaja unos 950 m por una pendiente del 6% antes de que su velocidad se reduzca a 60 km/h. Si la velocidad de entrada es de 60 km/h, la velocidad al final de unos 300 m de subida es de unos 43 km/h.

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Esto se determina comenzando en la curva para pendiente de 6% correspondiente a 60 km/h para lo cual la distancia es de 750 m, y siguiendo a lo largo de ella hasta el punto donde la distancia es de 300 m más, o 1050 m, para el cual la velocidad es de 43 km/h. La Figura 3-24 muestra el comportamiento en pendiente de un camión que se acerca a una pendiente a la velocidad de arrastre, o menos. El camión es capaz de acelerar hasta una velocidad de 40 km/h o más, solamente en las pendientes menores que 3.5%. Estos datos sirven como valiosa guía para el diseño en la evaluación del efecto de los camiones en las operaciones de tránsito para un conjunto dado de condiciones altimétricas.

Figura 3-24. Curvas velocidad - distancia para un camión pesado típico de 120 kg/kW para desaceleración en subidas

Figura 3-25. Curvas velocidad - distancia de aceleración de un camión pesado típico de 120 kg/kW en subidas y bajadas MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-97

El tiempo de viaje (y la velocidad) de los camiones en las pendientes está directamente relacionada con la relación peso/potencia. Los camiones de igual relación peso/potencia suelen tener similares características de operación. Por lo tanto, esta relación es de considerable ayuda para prever el rendimiento de los camiones. Normalmente, la relación peso/potencia se expresa en términos de peso bruto y potencia neta, en unidades de kg/kW; la unidad métrica kg es una unidad de masa, en lugar de peso, que se utiliza comúnmente para representar el peso del objeto. Se encontró que los camiones con relaciones de peso/potencia de alrededor unos 120 kg/kW tienen características aceptables de operación desde el punto de vista del usuario vial. Tal relación peso/potencia debe dar una velocidad mínima de 60 km/h en una subida del 3%. Hay pruebas de que la industria del automóvil encuentra una relación peso/potencia de esta magnitud aceptable, como un objetivo mínimo en el diseño de vehículos comerciales. También hay pruebas de que los operadores de transporte voluntariamente reconocen esta proporción como control de rendimiento mínimo en las cargas colocadas sobre camiones de alimentación diferente; el resultado global es que relación peso/potencia de camiones en los caminos mejoró en los últimos años. Las relaciones desarrolladas a partir de la información obtenida de los estudios de rendimiento realizados a nivel nacional entre 1949 y 1985 muestran, por ejemplo, que para un peso bruto vehicular de 18000 kg, el promedio de peso/potencia se redujo desde unos 220 kg/kW en 1949 a alrededor de 130 kg/kW en 1975. La relación peso/potencia continuó cayendo a cerca de 80 kg/kW en 1985. Esta disminución de peso/potencia significa mayor potencia y mejor capacidad de ascenso. Hay una tendencia hacia los camiones más grandes y pesados con un máximo de tres unidades de remolque permitidas en ciertos caminos en algunos estados. Los estudios indican que a medida que aumenta el número de ejes, aumenta la relación peso/potencia. Tomando en cuenta todos los factores, parece conservador usar una relación peso/potencia de 120 kg/kW al determinar la longitud crítica de pendiente. Sin embargo, hay lugares en los que la relación peso/potencia de hasta 120 kg/kW no es adecuada. Cuando esto ocurre, a los proyectistas se los alienta a utilizar ya sea un peso/potencia más representativo, o un método alternativo que se ajuste más estrechamente a las condiciones. Vehículos recreativos – La consideración de los vehículos recreativos en las pendientes no

es tan crítica como la de los camiones. Sin embargo, en ciertas rutas designadas como recreativas, donde un bajo porcentaje de camiones no puede justificar un carril de ascenso, el tránsito suficiente de vehículos recreativos puede indicar la necesidad de un carril adicional. Esto puede ser evaluarse mediante el uso de los gráficos de diseño en la Figura 3-26, de la misma manera que para los camiones descritos en párrafos precedentes. Los vehículos recreativos incluyen casas rodantes, pickups, y remolques de numerosos tamaños. Dado que las características de los vehículos recreativos varían tanto, es difícil establecer un vehículo de diseño único. Sin embargo, un estudio de la velocidad de los vehículos en las pendientes incluyó a los vehículos recreativos (65). Se consideró crítico al vehículo que tira un remolque de viaje, y los gráficos de la Figura 3-26 para vehículo recreativo típico se basan en este supuesto.

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3-98

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Figura 3-26. Curvas velocidad distancia de un vehículo recreacional típico en subidas seleccionadas (65)

Pendientes de control para el diseño Pendientes máximas - Sobre la base de los datos de las figuras 3-24 a 3-27, y de acuerdo con los controles de pendiente ahora en uso en un gran número de estados, puede establecerse una guía razonable para las pendientes máximos de diseño. Las pendientes máximas de alrededor del 5% se consideran adecuadas para una velocidad de 110 km/h. Para una velocidad directriz de 50 km/h, generalmente las pendientes máximas están en el rango de 7 a 12%, según la topografía. Si sólo se consideran los caminos más importantes, parece que las pendientes máximas de 7 u 8% son representativos de la práctica de diseño actual para una velocidad directriz de 50 km/h. Los controles de pendientes para velocidad directriz de 60 a 100 km/h se encuentran entre los extremos anteriores. La pendiente máxima de diseño debe utilizarse raramente; en la mayoría de los casos, las pendientes deben ser menores que la pendiente máxima de diseño. En el otro extremo, para las pendientes cortos de menos de 150 m de longitud y bajadas de un solo sentido, la pendiente máxima puede ser un 1% más pronunciada que en otros lugares; para caminos rurales de bajo volumen, la pendiente máxima puede ser 2% más pronunciada. Pendientes mínimas – Normalmente las rasantes horizontales pueden drenar adecuadamen-

te en caminos sin cordones con pendiente transversal adecuada. En caminos y calles con cordones, las pendientes longitudinales deben facilitar el drenaje superficial. Típicamente, una pendiente mínima adecuado es 0.5%, pero las pendientes de 0.30% pueden utilizarse donde haya una superficie pavimentada inclinada prolijamente y apoyada sobre sub-base firme. Las pendientes más planas pueden justificarse en casos especiales, como se analiza en el Capítulo 5. Se debe prestar especial atención al diseño de las embocaduras de sumideros, y su espaciamiento para mantener el desborde de agua sobre la calzada en límites tolerables. Para adecuado drenaje, frecuentemente las cunetas laterales y de mediana necesitan pendientes más empinadas que la rasante de la calzada, Sección 4.8.3.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-99

Longitudes críticas de la pendiente de diseño De por sí, la pendiente máxima no es un control completo de diseño. También conviene considerar la longitud de una pendiente, en particular en relación con la operación deseable del vehículo. El término “longitud crítica de pendiente” se utiliza para indicar la longitud máxima de una subida proyectada en la que un camión cargado puede funcionar sin una reducción excesiva de la velocidad. Para una dada longitud de pendiente, las longitudes menores que la crítica resultan en el rango de velocidades deseadas. Si la libertad de operación deseada se ha de mantener en las pendientes más largas que las críticas deben considerarse ajustes de diseño, tales como cambios en la ubicación para reducir las pendientes, o adición de carriles adicionales. Los datos de longitudes críticas de pendiente deben utilizarse con otros factores relevantes (como volumen de tránsito en relación con la capacidad) para determinar dónde se justifica añadir carriles.

Figura 3-27. Índice de involucramiento en choques de camiones, para los cuales se reducen las velocidades de marcha por debajo de la velocidad media de marcha de todo el tránsito (26)

Para establecer valores de diseño de longitudes críticas de pendientes para las cuales la capacidad de ascenso de los camiones es el factor determinante se necesitan los datos o suposiciones siguientes:

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3-100

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1. Tamaño y potencia de camión o combinación de camión para utilizar como vehículo de diseño junto con datos de capacidad de subida de este vehículo: Los datos muestran que típicamente en los caminos principales el 85º percentil de la relación peso/potencia de camiones está en el rango de 102 a 126 kg/kW (33). Un camión cargado típico, accionado de manera que la relación peso/potencia sea de unos 120 kg/kW, es representativa del tamaño y tipo del vehículo utilizado normalmente como un control de diseño de los caminos principales. Los datos de las Figuras 3-24 y 3-25 se aplican a este tipo de vehículo. Los camiones más potentes con relaciones peso/potencia en el rango de 102 a 108 kg/kW pueden ser adecuados en algunos estados, mientras que algunos caminos secundarios de dos carriles pueden tener claramente diferente poblaciones de camiones con relaciones de peso/potencia superior a 126 kg/kW. 2.

Velocidad de entrada a una pendiente de longitud crítica:

La velocidad media de marcha en relación a la velocidad directriz puede usarse para aproximar la velocidad de los vehículos que comienzan un camino cuesta arriba. Por supuesto, esta estimación está sujeta a ajuste según las condiciones de la aproximación lo determinen. Cuando los vehículos se acercan a pendientes nulas puede usarse directamente la velocidad de operación. Para una aproximación a un descenso debería incrementarse, y a un ascenso debería reducirse. 3. Velocidad mínima en la pendiente, debajo de la cual se consideran irrazonables los vehículos siguientes: Sin datos específicos disponibles sobre cuáles basar las velocidades mínimas tolerables de camiones en las subidas. Es lógico suponer que tales velocidades mínimas deben estar en relación directa con la velocidad directriz. Las velocidades mínimas de camiones de aproximadamente 40 a 60 km/h para la mayoría de los caminos (en los que las velocidades directrices son aproximadamente 60 a 100 km/h) probablemente no sean irrazonablemente molestas para los conductores que siguen no puedan adelantarse en caminos de dos carriles, si el intervalo de tiempo durante el cual no pueden adelantarse no sea demasiado largo. El intervalo de tiempo es menos probable que sea molesto en caminos de dos calles con volúmenes muy por debajo de sus capacidades, mientras que es más probable que sea molesto en caminos de dos carriles con volúmenes cercanos a la capacidad. Las velocidades mínimas más bajas de los camiones probablemente puedan tolerarse en los caminos de varios carriles, en lugar de en los caminos de dos carriles, porque hay más oportunidad y menos dificultad de adelantamiento. Los caminos deben diseñarse para que las velocidades de los camiones no se reduzcan lo suficiente como para causen condiciones insoportables para los conductores que vienen atrás. Independientemente de la velocidad media en el camino, los estudios demuestran que cuando más un vehículo se desvía de la velocidad media, mayor será su probabilidad de involucrarse en un accidente. Uno de estos estudios (25) utilizó la distribución de la velocidad de los vehículos que circulen por los caminos en un estado, y la relacionó con el índice de involucramiento en choques para obtener el índice para camiones de cuatro o más ejes que operan en rasantes planas. Los índices de involucramiento en choques para reducciones de velocidad de 10, 15, 25, y 30 km/h se desarrollaron suponiendo que la reducción de la velocidad media para todos los vehículos en una pendiente era 30% de la reducción de velocidad de camión en la misma pendiente. Los resultados de este análisis se muestran en la Figura 3-27.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-101

Una base común para determinar la longitud crítica de pendiente se basa en una reducción de la velocidad de los camiones, por debajo de la velocidad media de marcha del tránsito. Lo ideal sería que todo el tránsito opere a la velocidad media. Sin embargo, esto no es práctico. En el pasado, la práctica general fue utilizar una reducción de la velocidad del camión de 25 km/h por debajo de la velocidad media de marcha de todo el tránsito para identificar la longitud crítica de pendiente. Como se muestra en la Figura 327, el índice de involucramiento en choques crece significativamente cuando las reducciones de velocidad del camión superan los 15 km/h, con un índice de involucramiento en choques 2.4 veces mayor para reducción de 25 km/h que para 15 km/h. Sobre la base de estas relaciones se recomienda utilizar el criterio de 15 km/h de reducción como guía general para determinar las longitudes críticas de pendiente. La longitud de cualquier pendiente dada que hará reducir la velocidad de un camión representativo (120 kg/kW) que entra en la pendiente a 110 km/h por diversas cantidades por debajo de la velocidad media de todo el tránsito se muestra gráficamente en la Figura 3-28, basada en los datos de comportamiento de camiones presentados en la Figura 3-24. La curva que muestra un 15 km/h de reducción de velocidad se utiliza como guía general de diseño para determinar las longitudes críticos de pendiente. Información similar sobre la longitud crítica de pendiente para vehículos recreativos se puede encontrar en la Figura 3-29, basada en los datos de rendimiento de vehículos recreativos de la Figura 3-26. Donde la velocidad de entrada es inferior a 110 km/h, como puede ser el caso en el que la aproximación esté en una subida, las reducciones de velocidad mostradas en las Figuras 328 y 3-29 se producirán en longitudes más cortas de pendiente. Inversamente, donde la aproximación esté en una bajada, es probable que la velocidad de aproximación sea mayor que 110 km/h y que el camión o vehículo recreativo suba una longitud mayor de pendiente de lo que se muestra en las figuras, antes de que la velocidad se reduzca a los valores mostrados. El método de la Figura 3-28 para determinar longitudes críticos de pendiente se demuestra en los ejemplos siguientes. Suponga estar diseñando un camino para 100 km/h con una aproximación bastante plana a una subida del 4%. La reducción de velocidad de 15 km/h de la curva de la Figura 3-28 muestra una longitud crítica de pendiente de 350 m. Si, en cambio, la velocidad directriz fuera de 60 km/h, las velocidades iniciales y mínimas tolerables en la subida serían diferentes, pero para la misma reducción de velocidad permisible la longitud crítica sería aún de 350 m. En otro caso, la longitud crítica de una subida de 5% abordada por una longitud de 500 m de pendiente 2% es desconocida. La Figura 3-28 muestra que una subida del 2% de 500 m de longitud se traduciría en una reducción de velocidad de 9 km/h. El gráfico muestra además que la reducción de velocidad restante tolerable de 6 km/h se produciría en 100 m de la subida de 5%. Donde la subida se aborde en una bajada, a menudo los camiones pesados aumentan considerablemente la velocidad para iniciar la subida a una velocidad tan alta como fuere posible. Este factor puede reconocerse en el diseño mediante el aumento de la reducción de la velocidad tolerable. Queda para el proyectista juzgar en qué medida la velocidad de los camiones aumentaría en la parte inferior de la pendiente por encima del impulso que generalmente se encuentra en las aproximaciones planas. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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3-102

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Parece que un aumento de velocidad de unos 10 km/h puede considerarse para bajadas moderadas, y un incremento de velocidad de 15 km/h para pendientes más empinadas de longitud moderada, o más largas. Sobre esta base, la reducción de velocidad tolerable con pendientes de impulso sería 25 o 30 km/h. Por ejemplo, donde haya una longitud moderada de bajada de 4% antes de una subida de 6%, puede asumirse una reducción de velocidad tolerable de 25 km/h. Para este caso, la longitud crítica de la subida 6% es de aproximadamente 370 m.

Figura 3-28. Longitudes críticas de pendientes de diseño, camión típico supuesto de 120 kg/kW, velocidad de entrada = 110 km/h

Figura 3-29. Longitudes críticas de pendientes para una velocidad de aproximación de 90 km/h para vehículo recreacional típico (18)

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-103

La longitud crítica de pendiente en la Figura 3-28 se deduce como la longitud de pendiente recta. Cuando una curva vertical es parte de una longitud crítica de pendiente debe utilizarse una longitud de pendiente equivalente aproximada. Donde la condición implique curvas verticales de los tipos II y IV mostrados en Figura 3-41 y la diferencia algebraica de pendientes no fuere demasiado grande, la medición de la longitud crítica de pendiente puede hacerse entre los puntos de intersección vertical (PIV). Cuando estén implicadas curvas verticales de los Tipos I y III de Figura 3-41, aproximadamente un cuarto de la longitud de la curva vertical debe considerarse parte de la pendiente. En muchas situaciones de diseño, la Figura 3-28 puede no ser directamente aplicable para determinar la longitud crítica de pendiente por una de varias razones: 1) la población de camiones para un sitio dado puede ser tal que la relación peso/potencia sea menor o mayor que la relación 120 kg/kW, asumida adecuada en la Figura 3-28 como un control de diseño; 2) la velocidad del camión en la entrada a la pendiente pueden diferir de los 110 km/h supuestos en la Figura 3-28; 3) la rasante puede no comprender una pendiente constante. En tales situaciones se dispone de un programa de hoja de cálculo, conocido como Modelo de perfil de velocidad de camión (TSPM) (33), que puede usarse para generar perfiles de velocidad de camiones para cualquier relación especificada peso/potencia de camión, velocidad inicial, y secuencia de pendientes. Las bajadas empinadas en caminos con altos volúmenes de tránsito y numerosos camiones pueden reducir la capacidad de tránsito y aumentar la frecuencia de accidentes. Algunas bajadas son lo suficientemente largas y empinadas como para que algunos camiones viajen a velocidades de arrastre para evitar la pérdida de control en las pendientes. Los vehículos lentos de este tipo pueden obstaculizar a otros vehículos. Por lo tanto, hay casos en que se debería considerar la posibilidad de dar un carril adicional para el descenso camiones. En el MCC (62) se desarrollaron procedimientos para analizar esta situación. El criterio de diseño sugerido para determinar la longitud crítica de pendiente no está diseñado como un control estricto sino como una guía. En algunos casos, los controles físicos del terreno o de otro tipo pueden impedir el acortamiento o aplanamiento de pendientes como para cumplir con estos controles. Donde una reducción de velocidad mayor que la guía de diseño sugerida no pueda evitarse, la operación puede resultar indeseable con numerosos camiones, particularmente en los caminos de dos carriles con volúmenes próximos a capacidad, y en algunos casos en los caminos de varios carriles. Cuando se excede la longitud de pendiente crítica debe considerarse la posibilidad de dar un carril adicional cuesta arriba para los vehículos lentos, sobre todo cuando el volumen está en o cerca de la capacidad y el volumen de camiones es alta. Los datos en la Figura 3-28 pueden utilizarse junto con otros factores clave, en particular los datos de volumen en relación con los datos de capacidad y volumen de camiones, para determinar cuándo se justifican carriles adicionales.

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3-104 3.4.3

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles Carriles de ascenso

Carriles de ascenso para caminos de dos carriles General – Además de estar influidas por la pendiente y la frecuencia de las secciones de adelantamiento, la libertad y seguridad de operación en los caminos de dos carriles se ven afectadas negativamente por la operación de vehículos muy cargados en las pendientes de longitud suficiente como para dar lugar a velocidades que podrían obstaculizar la marcha de los vehículos siguientes. En el pasado, la provisión de carriles adicionales de ascenso para mejorar las operaciones en las subidas fue bastante limitada debido a los mayores costos de construcción. Sin embargo, debido a la creciente cantidad de demoras y al número de accidentes graves que se producen en las pendientes, tales carriles se incluyen ahora más comúnmente en los planos originales de construcción, y carriles adicionales en caminos existentes se consideran como proyectos de mejoramiento de la seguridad. El potencial de choques creado por esta condición se ilustra en la figura 3-27. En los caminos tricarriles no se considera un carril adicional de ascenso, sino en caminos de dos carriles con un carril agregado para los vehículos que ascienden lentamente, de modo que otros vehículos usen sin demoras el carril normal a la derecha de la línea central. Estos vehículos más rápidos se adelantan a los más lentos en las subidas, pero no por el carril de sentido opuesto, como en un camino convencional de dos carriles. Es preferible un carril de ascenso exclusivo para vehículos lentos que la adición de un carril extra que lleve tránsito mixto. Los diseños de caminos de dos carriles con carriles de ascenso se ilustran en las Figuras 3-30ª y 3-30B. Los carriles de ascenso se diseñan para cada sentido, independientemente del otro. Según el alineamiento y condiciones de la rasante pueden no traslaparse, como en la figura 3-30ª, o sí pueden como en la figura 3-30B, donde hay una convexidad con una larga pendiente a cada lado.

Figura 3-30. Carriles de ascenso en caminos de dos carriles MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-105

La adición de un carril de ascenso para una subida en un camino de dos carriles puede compensar la disminución de las operaciones de tránsito causada por los efectos combinados de pendiente, volumen de tránsito y de camiones. Los carriles de ascenso son adecuados cuando el nivel de servicio o la velocidad de los camiones es sustancialmente menor en una subida que en la aproximación a la subida. Cuando se dan carriles de ascenso hay un alto grado de cumplimiento de uso por parte de los camioneros. En los caminos con bajo volumen, sólo un coche ocasional se retrasa, y los carriles de ascenso de carril, aunque deseables, no pueden justificarse económicamente, incluso cuando se supere la longitud crítica de pendiente. Para estos casos deben considerarse los apartaderos, Sección 3.4.4, para vehículos lentos, como para reducir las demoras de ocasionales vehículos de pasajeros. Los siguientes criterios reflejan las consideraciones económicas que deben satisfacerse para justificar los carriles de ascenso: 1. 2. 3.

Caudal de subida mayor que 200 vehículos por hora. Caudal de camiones mayor que 20 vehículos por hora. Una de las condiciones siguientes: o Reducción de velocidad prevista de 15 km/h o más para camión típico. o Nivel de servicio E o F existente en la pendiente. o Reducción prevista de dos o más niveles de servicio desde el segmento de aproximación hasta la pendiente.

Además, las altas frecuencias de choques pueden justificar la adición de un carril de ascenso, independientemente de la pendiente y volúmenes de tránsito. El caudal de subida se determina multiplicando el volumen horario existente o previsto por el factor de distribución por sentidos para la subida, y dividiendo el resultado por el factor de hora pico, Sección 2.3. El número de camiones de subida se obtiene multiplicando el caudal de subida por el porcentaje de camiones en el sentido de subida. Camiones - Sólo una de las tres condiciones especificadas en el Criterio 3 será necesaria.

La longitud crítica de pendiente para una reducción de velocidad de 15 km/h de los camiones se obtiene de la Figura 3-28, y se la compara con la longitud de pendiente particular. Si la longitud crítica de pendiente es menor que la longitud de la pendiente en estudio se cumple el Criterio 3. Esta evaluación debe hacerse en primer lugar porque cuando se excede la longitud crítica de pendiente no hay evaluaciones adicionales necesarias bajo el Criterio 3. La justificación para los carriles de ascenso donde la longitud crítica de pendiente no se supere debe considerarse desde el punto de vista de la capacidad. Los procedimientos utilizados son los del MCC (62) para analizar las pendientes específicas en los caminos de dos carriles. Las demás condiciones del Criterio 3 se evalúan usando los procedimientos del MCC. El efecto sobre la capacidad de los camiones es principalmente una función de la diferencia entre la velocidad media de los camiones y la velocidad medio de marcha de los vehículos de pasajeros. Las dimensiones físicas de los camiones pesados y sus pobres características de aceleración también se relacionan con el espacio necesario en la corriente de tránsito.

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3-106

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En las pendientes individuales, el efecto de los camiones es más grave que el efecto promedio sobre una sección más larga del camino. Así, para un volumen dado de tránsito mixto y una sección transversal fija, en las pendientes individuales se experimenta un mayor grado de congestión que para la operación media en secciones más largas secciones que incluyan bajadas y subidas. Para determinar el volumen de servicio de diseño en las pendientes individuales se usan los factores de camiones deducidos de la geometría de las pendientes y del nivel de servicio seleccionado por el organismo vial, como base del diseño. Si no hay 15 km/h de reducción de la velocidad (si no se supera la longitud crítica de pendiente), el nivel de servicio en la pendiente debe examinarse para determinar si existe nivel de servicio E o F existe, lo cual se hace mediante el cálculo del índice de servicio de la limitación de flujo para el nivel de servicio D, y comparando con el índice de flujo real de la pendiente. El caudal real se determina dividiendo el volumen por hora de tránsito por el factor de hora pico. Si el caudal real excede el índice de flujo de servicio a nivel de servicio D, se cumple el Criterio 3. Cuando el caudal real es menor que el valor límite no se justifica un carril de ascenso según este segundo elemento del Criterio 3. Si no se satisface ninguno de los otros elementos del Criterio 3, el problema restante por examinar es si hay una reducción de dos niveles del nivel de servicio entre la aproximación y la subida. Para evaluar este criterio deben determinarse los niveles de servicio de la pendiente y del tramo de aproximación. Dado que este criterio tiene en consideración solamente un número muy limitado de casos, no se discute en detalle aquí. El MCC (62) proporciona detalles adicionales y hojas de cálculo para analizar los criterios anteriores. Debido a que hay tantas variables involucradas, prácticamente ningún determinado conjunto de condiciones puede describirse adecuadamente como típico. Por lo tanto se recomienda un análisis detallado como el que se describe donde se consideren carriles de ascenso. El lugar donde un carril añadido debe comenzar depende de las velocidades a las que los camiones se acercan a la pendiente y al alcance de las restricciones de distancia visual en la aproximación. Donde no haya restricciones de distancia visual u otras condiciones que limiten la velocidad en la aproximación, el carril adicional puede introducirse en la subida, más allá de su inicio, debido a que la velocidad de los camiones no se reducirá más allá del nivel tolerable para los siguientes conductores, hasta que hayan viajado alguna distancia hasta el pendiente. Este punto óptimo de capacidad se produciría para una reducción de la velocidad del camión a 60 km/h, pero una disminución de la velocidad del camión de 15 km/h por debajo de la velocidad media de marcha, Sección 3.4.2, es la reducción más práctico para obtener desde el punto de vista de nivel de servicio y frecuencia de accidentes. Esta reducción de 15 km/h es la base aceptada para determinar la ubicación del comienzo de los carriles de ascenso. La distancia desde la parte inferior de la pendiente hasta el punto donde las velocidades de camiones caen 15 km/h por debajo de la velocidad media de marcha puede determinarse de las figuras 3-24 o 3-28. Diferentes curvas podrían aplicarse para camiones con relaciones peso/potencia distintas que 120 kW/kg.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-107

Por ejemplo, asumiendo una condición de aproximación en la que los camiones con 120 kg/kW de relación peso/potencia viajan en un flujo de velocidad media constante de 110 km/h, la resultante reducción de velocidad de 15 km/h se produce a una distancia de aproximadamente 175 a 350 m para pendientes entre 7 y 4%. Con una aproximación en bajada o en subida estas distancias podrían ser más largas o más cortas. Con las distancias así determinadas puede establecerse el punto de comienzo del carril de ascenso. Donde las restricciones visuales, aproximaciones en subida, u otras condiciones indiquen la probabilidad de velocidades bajas de los camiones que se acercan, el carril añadido debe introducido casi al pie de la pendiente. El principio del carril añadido debe ser precedido por una sección abocinada (taper), con una desviación lineal deseable de 25:1 en por lo menos 90 m, hasta alcanzar los 3.6 m de ancho. El diseño ideal consiste en extender una vía de ascenso hasta un punto más allá de la convexidad, donde un camión típico pudiera alcanzar una velocidad en los 15 km/h de la velocidad de otros vehículos con una velocidad deseable de al menos 60 km/h. En muchos casos esto puede no ser práctico, debido a la distancia excesivamente larga necesaria de los camiones para acelerar a la velocidad deseada. En tales situaciones, un punto de vista práctico para poner fin al carril adicional es donde los camiones puedan volver al carril normal sin interferencia indebida con otro tránsito; en particular, cuando la distancia visual se vuelve suficiente para permitir el adelantamiento cuando no hay tránsito de frente o, preferiblemente, por lo menos 60 m más allá de ese punto. Debe darse una longitud de abocinamiento adecuada para permitir el regreso suave de los camiones al carril normal. Por ejemplo, en un camino donde se disponga de distancia visual de adelantamiento 30 m más allá de la convexidad, el carril debe extenderse 90 m (30 + 60) más allá de la convexidad,, y una sección adicional abocinada 50:1 de por lo menos 180 m. Deseablemente, un carril de ascenso debe ser tan amplio como los carriles directos. Se deberá construir para ser reconocido de inmediato como un carril añadido para un solo sentido. La línea central de los dos carriles normales debe estar claramente identificada, incluyendo las líneas amarillas de no-adelantamiento. La señalización y marcación adecuadas para carriles de ascenso se presentan en el MUTCD (22). La pendiente transversal de un carril de ascenso suele diseñarse como si fuera la adición de un carril de un camino multicarril. Según la práctica del organismo vial, este diseño resulta en una continuación de la pendiente transversal o ligeramente mayor. En una sección peraltada, generalmente la pendiente transversal es continuación de la pendiente utilizada en el carril directo. Deseablemente, la banquina en el borde exterior de un carril de ascenso debe ser tan amplia como la banquina en la normal de dos carriles de sección transversal, en particular cuando hay tránsito de bicicletas. Sin embargo, esto puede ser poco práctico, particularmente cuando el carril de ascenso se añade a un camino existente. Una banquina útil de 1.2 m de ancho o mayor es aceptable. Aunque no es lo suficientemente amplia como para que un vehículo detenido despeje completamente el carril de ascenso, una banquina de 1.2 m en combinación con el carril de ascenso, en general proporciona una anchura suficiente para el vehículo detenido y para el que pasa a baja velocidad, sin necesidad de éste de invadir el carril directo adyacente.

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3-108

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En resumen, los carriles de ascenso son un medio relativamente barato para superar la reducción de capacidad y la disponibilidad para una mejor operación en pendientes, donde la congestión se debe a los camiones lentos, en combinación con altos volúmenes de tránsito. Los carriles de ascenso también reducen los accidentes. En algunos de los caminos actuales de dos carriles, la adición de carriles de ascenso podría aplazar la reconstrucción por muchos años, o indefinidamente. En un diseño de camino nuevo, los carriles de ascenso podrían mejorar la operación de un camino de dos carriles, tal que fuera innecesaria una autopista de varios carriles, mucho más costosa. Carriles de ascenso en autopistas y caminos multicarriles General - A pesar de ser cada vez más frecuentes, los carriles de ascenso, , no se usan extensamente en autopistas y caminos multicarriles como en los de dos carriles. Esto puede deberse a que los caminos de varios carriles frecuentemente tienen la capacidad suficiente como para atender a sus demandas de tránsito, incluyendo el porcentaje típico de vehículos lentos con altas relaciones peso/potencia, sin ser congestionados. Los carriles de ascenso no suelen justificarse tan fácilmente justificables en los caminos de varios carriles como en los de dos carriles y dos sentidos, porque en éstos los vehículos que siguen a los más lentos en las subidas frecuentemente se ven impedidos de adelantarse por la presencia de tránsito opuesto. En los caminos de varios carriles no hay ningún impedimento para tal adelantamiento. Un vehículo de movimiento lento en el carril derecho normal no obstaculiza a los siguientes vehículos, que fácilmente se pueden mover a la izquierda hacia el carril adyacente y seguir sin dificultad, aunque hay pruebas de que los choques se reducen cuando los vehículos en la corriente de tránsito se mueven a la misma velocidad. Debido a que normalmente los caminos se diseñan para 20 años o más de vida útil, hay menos probabilidad de que los carriles de ascenso se justifiquen en caminos de varios carriles, como en los de dos carriles, durante varios años después de la construcción, a pesar de que se considera deseable durante las horas pico del año de diseño. Cuando este es el caso, hay ventaja económica en diseñar los carriles de ascenso en caminos multicarriles, pero diferir su construcción. En esta situación, el movimiento de suelos debe hacerse inicialmente, dado que el volumen adicional necesario es pequeño en relación con la sección transversal total. Si este movimiento de suelos adicional es impracticable, es aceptable aunque indeseable, usar una banquina adyacente más angosta adyacente al carril de ascenso, en lugar de la banquina total provista en una sección normal. Aunque principalmente aplicable en las zonas rurales, hay casos en que los carriles de ascenso se necesitan en zonas urbanas. Los carriles de ascenso son particularmente importantes para la libertad de operación en las autopistas urbanas, donde los volúmenes de tránsito son altos en relación con su capacidad. En autopistas urbanas antiguas y calles arteriales con pendientes apreciables sin carriles de ascenso, es una ocurrencia común la formación de pelotones de camiones en las pendientes.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Camiones - Los principales determinantes de la necesidad de carriles de ascenso en los

caminos multicarriles son las longitudes críticas de pendientes, los efectos de los camiones en las pendientes en términos de vehículos de pasajeros equivalentes, y los volúmenes de servicio para el nivel de servicio deseado, y el siguiente nivel de servicio más pobre. La longitud crítica de pendiente se trató anteriormente en la Sección 3.4.2. Es la longitud de una subida en particular que reduce la velocidad de camiones de bajo rendimiento 15 km/h por debajo de la velocidad media de marcha del tránsito restante. Se halla usando la figura 3-28 y luego se compara con la longitud de la pendiente particular que se examina. Si la longitud crítica de pendiente es menor que la longitud de pendiente evaluada, se justifica considerar un carril de ascenso. Al determinar el volumen de servicio, el equivalente de coche de pasajeros para camiones es un factor significativo. Generalmente se acuerda que los camiones en caminos multicarriles tienen menos efectos de obstaculizar a los vehículos que los siguen que en los caminos de dos carriles. La comparación de vehículos de pasajeros equivalentes en el MCC (62) para el mismo porcentaje y longitud de pendiente, y porcentaje de camiones, ilustra claramente la diferencia en vehículos de pasajeros equivalentes de los camiones para caminos de dos carriles y multicarriles. Para justificar el costo de dar una vía de ascenso, la existencia de un bajo nivel de servicio en el pendiente debe ser el criterio, como en el caso de justificar los carriles de ascenso de los caminos de dos carriles, ya que los usuarios viales aceptan un mayor grado de congestión (es decir, un menor nivel de servicio) en las pendientes individuales que sobre secciones largas de camino. Como una cuestión de práctica, el volumen de servicio en una pendiente no debería superar al del siguiente nivel de servicio más pobre de servicio del usado por el diseño básico. La única excepción es que el volumen de servicio para el nivel de servicio D no debe superarse. Generalmente, los carriles de ascenso no deben considerarse a menos que el volumen de tránsito en el sentido de subida sea igual o mayor que el volumen de servicio para el nivel de servicio D. En la mayoría de los casos cuando el volumen de servicio, incluidos camiones, es mayor que 1700 vehículos por hora por carril, y la longitud de la pendiente y el porcentaje de camiones sean suficientes para considerar carriles de ascenso, el volumen en términos de vehículos de pasajeros equivalentes es probable de acercarse o incluso superar la capacidad. En esta situación, un aumento en el número de carriles en todo el tramo de camino representa una mejor inversión que la provisión de carriles de ascenso. En general, tampoco se justifican los carriles de ascenso en caminos de cuatro carriles con volúmenes por debajo de los 1.000 vehículos por hora por carril, independientemente del porcentaje de camiones. A pesar de que ocasionalmente un camionero se adelante a otro camión bajo tales condiciones, el inconveniente con este bajo volumen no es suficiente para justificar el costo de un carril de ascenso, en ausencia de criterios adecuados. Los procedimientos del MCC (62) deben usarse para examinar las características operacionales del tránsito en la pendiente bajo estudio. Debe determinarse el volumen máximo de servicio para el deseado nivel de servicio, junto con el volumen del siguiente nivel de servicio más pobre. Si el flujo en la pendiente supera el volumen de servicio del siguiente más pobre nivel de servicio, se justifica considerar un carril de ascenso.

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3-110

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Para utilizar los procedimientos del MCC debe determinarse la velocidad de flujo libre debe determinarse o estimarse. La velocidad de flujo libre puede determinarse midiendo la velocidad media de los vehículos de pasajeros bajo condiciones bajas a moderadas (hasta 1300 automóviles por hora por carril) en el camino, o similar. Los datos (25, 62) indican que la velocidad media de flujo libre en condiciones ideales para los rangos de caminos multicarriles varía desde 0.6 km/h inferior que la velocidad del 85º percentil de 65 km/h, hasta 5 km/h inferior a la velocidad del 85º percentil de 100 km/h. El límite de velocidad es un factor que afecta la velocidad de flujo libre. La investigación (25, 62) sugiere que la velocidad de flujo libre es aproximadamente 11 km/h más alta que el límite de velocidad en los caminos con límites de velocidad de 65 y de 70 km/h; y 8 km/h más alta que límites de velocidad de 80 y 90 km/h. El análisis basado en estas reglas generales se debe utilizar con precaución; la medición de campo es el método recomendado para determinar la velocidad de flujo libre. Sólo usar estimaciones cuando no se pueda disponer de datos de campo. Cuando la pendiente investigada se ubique en un camino multicarril, a veces deben considerarse otros factores: tipo de mediana, anchos de carril, distancia lateral, y la densidad de punto de acceso, tenidos en cuenta en los procedimientos de análisis de capacidad mediante ajustes en la velocidad de flujo libre, y normalmente no son una consideración separada para determinar la ventaja de un carril de ascenso. Para las autopistas se ajustan los análisis operacionales del tránsito utilizando los factores para anchos restringidos de carril, separaciones laterales, vehículos recreativos, y poblaciones de conductores foráneos. Debe usarse el MCC (62) para obtener información sobre la consideración de estos factores en el análisis. Bajo determinadas circunstancias deben considerarse carriles adicionales para acomodar camiones en las bajadas. Esto se obtiene usando el mismo procedimiento descrito y utilizando los equivalentes de vehículos de pasajeros para los camiones en las bajadas, en lugar de los valores para los camiones y vehículos recreativos en las subidas. Usualmente los carriles de ascenso en los caminos multicarriles se ubican en la parte exterior o derecha de la calzada, Figura 3-31. Los principios sobre pendientes transversales, ubicación de los puntos terminales, y el diseño de las zonas terminales o abocinamientos para los carriles de ascenso se trataron anteriormente, y son igualmente aplicables carriles de ascenso en caminos multicarriles. Una consideración principal es que la ubicación del final cuesta arriba debe ser un punto donde los camiones alcancen una velocidad satisfactoria, preferiblemente alrededor de 15 km/h por debajo de la velocidad media de marcha del camino. En los caminos multicarriles no es necesario considerar la distancia visual de adelantamiento.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-111

Figura 3-31. Carril de ascenso en autopistas y caminos multicarriles

3.4.4

Aumento de oportunidades de adelantamiento en caminos de dos carriles

Varios organismos viales desarrollaron métodos exitosos para dar más oportunidades de adelantamiento en los caminos de dos carriles. Algunos de los más reconocidos incluyen carriles de adelantamiento, apartaderos, conducción por banquina, y secciones de banquinas de uso, según se describe en la guía informativa de la FHWA (29). Una opción adicional de diseño es el método europeo conocido calzada 2+1 (Tricarril, súper 2) sobre cuyos resultados de investigación informó el Digest NCHRP 275, (49). Una sinopsis de las porciones de material hallado en estas fuentes se presenta en el resto de esta sección. Criterios más detallados de estos métodos se encuentran en los documentos referidos. Carriles de adelantamiento En las secciones de inferior capacidad, para mejorar las operaciones de tránsito hasta por lo menos la misma calidad de servicio que los tramos adyacentes pueden añadirse carriles en uno o ambos sentidos de marcha. En los caminos de dos carriles, los carriles adicionales de adelantamiento a intervalos regulares pueden mejorar las operaciones globales del tránsito mediante la reducción de los retrasos causados por las escasas posibilidades de adelantamiento a lo largo de sustanciales longitudes, típicamente de 10 a 100 km. La ubicación del carril añadido debe parecer lógica al conductor. El valor de un carril de adelantamiento es más evidente en rectas largas, donde la distancia visual de adelantamiento esté restringida, que incluso podrían dar oportunidades de adelantamiento sin carriles adicionales. La ubicación de un carril de adelantamiento debe reconocer la necesidad de adecuada distancia visual en los abocinamientos de adición y pérdida de carril. Se recomienda una distancia visual mínima de 300 m en la aproximación a cada abocinamiento. La selección de una ubicación adecuada también debe considerar la ubicación de las intersecciones y de los accesos a propiedad de altos volúmenes, para minimizar el volumen de movimientos de giro en una sección de camino, donde se facilita el adelantamiento. Además, otras limitaciones físicas, tales como puentes y alcantarillas, deben evitarse si ellas limitan restringen la provisión de una banquina continua.

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3-112

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El siguiente es un resumen del procedimiento de diseño para proveer secciones de adelantamiento en caminos de dos carriles: 1. Como fuere práctico, los alineamientos horizontal y vertical deben diseñarse para dar la mayor cantidad de con distancia visual de adelantamiento, Tabla 3-4. 2. Cuando el volumen se aproxima a la capacidad de diseño, debe reconocerse el efecto de la falta de oportunidades de adelantamiento en la reducción del nivel de servicio. 3. Cuando la longitud crítica de pendiente es menor que la longitud física de una subida, se debe considerar la adición de carriles de ascenso, Figuras 3-28 y 3-29. 4. Cuando según los Criterios 1 y 2 la magnitud y frecuencia de oportunidades de adelantamiento sean muy a pocas debe considerarse la adición de carriles adelantamiento. Las secciones de carriles de adelantamiento, que pueden ser de tres o cuatro carriles de ancho, se construyen se construyen en los caminos de dos carriles para dar la frecuencia deseada de las zonas de adelantamiento, y eliminar la interferencia de los camiones de baja velocidad. Donde no pueda obtenerse número y longitud adecuados con sólo el diseño de los alineamientos, puede introducirse un carril ocasional en uno o ambos sentidos de viaje para dar más oportunidades de adelantamiento, Figura 3-32. Tales secciones son particularmente ventajosas en terreno ondulado, o donde la rasante incluya longitudes críticas de pendiente.

Figura 3-32. Sección de carriles de adelantamiento en caminos de dos carriles

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-113

En terreno ondulado, un camino recto puede tener restricciones al adelantamiento aunque las pendientes estén por debajo de la longitud crítica. El uso de carriles de adelantamiento sobre algunas de las convexidades provee más secciones de adelantamiento en ambos sentidos, donde sean más necesarios. Las secciones de adelantamiento deber ser suficientemente largas como para permitir el adelantamiento de varios vehículos, antes de volver a la sección normal del camino de dos carriles. Para que los vehículos demorados tengan oportunidad de completar por lo menos un adelantamiento en la sección de carril adicional se necesita una longitud mínima de 300 m, excluidos los abocinamientos. Cuando se da carril adicional para las demoras en un cuello de botella específico, la longitud necesaria se controla por la medida del cuello de botella. Un carril adicionado para mejorar las operaciones generales de tránsito deben ser lo suficientemente largo, más de 0.5 km, para reducir sustancialmente los pelotones de tránsito. Normalmente la longitud óptima es de 0.8 a 3.2 km, con longitudes de carril añadido adecuadas cuando los volúmenes de tránsito son más altos. El MCC (62) guía la selección de un carril de adelantamiento de longitud óptima. Típicamente los beneficios operacionales resultan por la reducción de pelotones 5 a 15 km aguas abajo, según los volúmenes y oportunidades de adelantamiento. Después de eso se producirán los niveles normales de pelotones, hasta el próximo carril de adelantamiento agregado. La introducción de una sección de carril de adelantamiento en un camino de dos carriles no implica necesariamente mucho movimiento de suelo adicional. Normalmente la anchura de un carril añadido debe ser la misma que la del camino de dos carriles. También es deseable que la banquina adyacente sea por lo menos de 1.2 m de ancho y, cuando fuere posible, coincidir con el ancho del camino adyacente de dos carriles. Sin embargo, una anchura completa de la banquina no es tan necesaria en una sección de carril de adelantamiento como en un sistema convencional de dos carriles, porque la probabilidad de vehículos detenidos es poca, y porque es dificultoso adelantarse a un vehículo con sólo dos ruedas apoyadas en la banquina. Por lo tanto, si la anchura de la banquina normal en el camino de dos carriles es de 3 m, todo lo que puede ser necesario es un ensanchamiento de la plataforma de 1.8 a 2.4 m. Las secciones de cuatro carriles introducidas explícitamente para mejorar las oportunidades de adelantamiento no tienen por qué dividirse porque no hay separación física del tránsito opuesto en las partes de dos carriles del camino. Sin embargo, el uso de una mediana es beneficioso y debe considerarse en los caminos con 500 vph o más, particularmente en los que se conviertan finalmente en una sección transversal de cuatro carriles divididos. Los abocinamientos de transición en cada extremo de la sección de carril añadido deben diseñarse para favorecer la operación eficiente y reducir los choques. La longitud del abocinamiento de pérdida de carril donde el límite de velocidad o legal sea de 70 km/h o más debe calcularse con la Ecuación 3-37, sobre la base del MUTCD (22). Donde el límite de velocidad sea inferior a 70 km/h, la longitud del abocinamiento de pérdida de carril debe calcularse con la Ecuación 3-38. La longitud recomendada para el abocinamiento de adición de carril entre la mitad a dos tercios de la longitud del abocinamiento de pérdida de carril.

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(3-37)

(3-38)

La señalización vertical y horizontal de un carril añadido se trata parcialmente en el MUTCD (22), donde se indican las marcas adecuadas de línea central, la señalización, y la marcación de las transiciones de pérdida de carril. El MUTCD (22) no trata la señalización anticipada de la adición carril. Antes de cara carril añadido debe colocarse cartel con la leyenda “Carril de adelantamiento 1 km” para que los conductores de los vehículos lentos y de los siguientes se preparen para hacer un uso efectivo del carril agregado. También son deseables otras señales anticipadas 3 a 10 km ya que pueden reducir la frustración e impaciencia de los conductores detrás de un vehículo lento, asegurándoles que pronto tendrán la oportunidad de adelantarse. Además debe instalarse una señal al principio del abocinamiento para alentar a los vehículos más lentos a mantener la derecha. Las transiciones entre los dos y tres o cuatro carriles deben ubicarse donde el cambio de ancho está a la vista del conductor. Las secciones de caminos de cuatro carriles, particularmente secciones divididas más largas que unos 3 km pueden causar que el conductor pierda el sentido de que el camino es básicamente de dos carriles. Por tanto, es esencial que la transición de una sección de tres o cuatro carriles a la de dos carriles esté debidamente marcada e identificada con marcas en el pavimento y señales para alertar al conductor de la próxima sección del camino de dos carriles. Una señal de antelación a la finalización de la línea de adelantamiento es particularmente importante para informar a los conductores del angostamiento del camino por delante, MUTCD (22). Un carril de adelantamiento deberá ser lo suficientemente largo como para que un vehículo siguiente complete al menos una maniobra de adelantamiento. Los carriles de adelantamiento cortos, con longitudes de 0.4 km o menos, no son muy eficaces en reducir pelotones de tránsito. A medida que la longitud de un carril de adelantamiento aumente por encima de 1.6 km generalmente provee menos beneficios operacionales, y generalmente es adecuado sólo en caminos de mayor volumen, con caudales de más de 700 vph. La Tabla 3-31 da longitudes óptimas de diseño para carriles de adelantamiento.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-115

Tabla 3-31. Longitudes óptimas de carril de adelantamiento para la eficiencia operacional del tránsito (28, 29)

Calzadas 2+1 El concepto de calzada 2+1 mejora la eficiencia operativa y reduce los accidentes en determinados caminos de dos carriles (49). La Figura 3-33 representa esquemáticamente el concepto: sección continua de tres carriles con rayado tal como para proveer carriles de adelantamiento en sentidos alternos a lo largo de la sección. Este concepto puede ser una opción atractiva a dos o cuatro carriles en algunos caminos con altos volúmenes de tránsito, donde continuamente se necesiten carriles de adelantamiento alternativos para obtener el nivel de servicio deseado.

Figura 3-33. Esquema para calzada 2+1

La configuración 2+1 puede ser adecuada para caminos con alto volumen de tránsito que puedan ser servido por carriles de adelantamiento aislados, pero no lo suficientemente alto como para justificar un camino de cuatro carriles. La configuración también es potencialmente aplicable donde las restricciones ambientales o fiscales, o ambas, hacen poco práctico un camino de cuatro carriles. Generalmente un camino 2+1 funcionará por lo menos dos niveles de servicio más altos que uno convencional de dos carriles para el mismo volumen de tránsito; no debe considerarse donde el caudal actual o futuro supere 1200 vph en un sentido de viaje. En tales casos es más eficiente un camino de cuatro carriles. El concepto puede usarse sobre un amplio rango de composición de tránsito para dar oportunidades de adelantamiento al aumentar el porcentaje de camiones. Los caminos 2+1 sólo deben utilizarse en topografía plana u ondulada. Normalmente, en terrenos montañosos y en pendientes empinadas aisladas conviene introducir mejoramientos en los carriles de ascenso, Sección 3.4.3. La ubicación de las intersecciones principales y accesos privados de alto volumen es una consideración clave al seleccionar las ubicaciones en los caminos 2+1. La ubicación adecuada de los carriles de adelantamiento y las secciones de transición con respecto a las intersecciones de mayor volumen reducirá al mínimo el número de movimientos de giro en las secciones de carril de adelantamiento. Las intersecciones principales y los convencionales carriles de giro izquierda deben situarse en la zona de la zona de transición entre carriles de adelantamiento de sentidos opuestos, Figuras 3-34 y 3-35.

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Como una alternativa a las calzadas de giro a la izquierda desde el carril de adelantamiento pueden ser adecuadas las técnicas descritas en la Sección 9.9, “Giros izquierda indirectos y giros en U”. Las intersecciones de bajo volumen y accesos a propiedad pueden acomodarse en las secciones de carril de adelantamiento.

Figura 3-34. Esquema de intersección de tres ramales en una calzada 2+1

Figura 3-35. Esquema de intersección de cuatro ramales en una calzada 2+1

La distancia visual de detención debe darse de manera continua a lo largo de una calzada 2+1. La distancia visual de decisión debe darse en las intersecciones y pérdidas de carril. Para fomentar la operación eficiente y reducir los choques deben diseñarse abocinamientos de transición en cada extremo de la sección de carril añadido. La longitud del abocinamiento de pérdida de carril donde el límite de velocidad fuere de 70 km/h o más debe calcularse según la Ecuación 3-37, MUTCD (22). Cuando el límite de velocidad fuere menor que 70 km/h, la longitud del abocinamiento de caída de carril debe calcularse con la Ecuación 3-38. La longitud recomendada para el abocinamiento de adición de carril es entre la mitad y dos tercios la longitud del abocinamiento de pérdida de carril. Las figuras 3-36 y 3-37 son esquemas de caída carril adyacente y abocinamientos de adición en una calzada 2+1.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Figura 3-36. Esquema para Adyacentes Abocinamientos de pérdida de carril en calzada 2+1

Figura 3-37. Esquema de abocinamientos para adición de carril en una calzada 2+1

Los anchos de carril y banquina deben ser comparables a los determinados para los volúmenes y velocidades para caminos de dos carriles para específicas clases funcionales, Capítulos 5 a 7. Donde caminos existentes de dos carriles con bombeo normal se conviertan en 2+1, la ubicación y transición del bombeo es quizás uno de los problemas de diseño más complicados. Una variedad de prácticas se refieren a la ubicación del bombeo. Cuando un camino existente de dos carriles es repintado como 2+1, o ampliado para convertirse en 2+1 puede permitirse colocar el bombeo en la calzada. Un camino existente también puede ampliarse de un solo lado, con el resultado de que la corona se encuentra en una línea de carril. No hay ninguna indicación de cualquier diferencia en los choques entre la colocar la corona en el límite de un carril, o en el carril. Para diseños nuevos de caminos 2+1 el bombeo debe colocarse en un límite de carril. Las curvas horizontales deben peraltarse según la Sección 3.3; debe manejarse como en un camino comparable de dos o cuatro carriles. Aunque la separación de los carriles de tránsito opuestos puede no ser necesaria en todos los caminos 2+1, es deseable una al ras de 1.2 m.

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Apartaderos Un apartadero es una banquina ensanchada que permita a los vehículos lentos salir del carril directo para dar oportunidades de adelantamiento a los vehículos siguientes (28, 29). Se espera que el conductor de un vehículo lento, si hay vehículos detrás, salga del carril directo y permanezca en el apartadero sólo el tiempo necesario para que los siguientes vehículos pasen antes de volver al carril directo. Cuando sólo hay uno o dos vehículos siguientes, esta maniobra se puede realizar sin necesidad de que el vehículo en el apartadero se detenga. Sin embargo, cuando se excede este número, el conductor puede necesitar detenerse para que pasen todos los vehículos siguientes. Los apartaderos se usan frecuentemente en caminos de volúmenes bajos donde los pelotones largos son raros, y en terrenos difíciles con pendientes empinadas donde la construcción de un carril adicional puede no ser rentable. A menudo tales condiciones se encuentran en zonas costeras montañosas, y escénicas donde más del 10% de los volúmenes de vehículos son camiones grandes y vehículos recreativos. La longitud recomendada de apartaderos incluyendo abocinamiento se muestra en la Tabla 3-32. No se recomiendan apartaderos de menos de 60 m, incluso para velocidades de aproximación muy bajas; ni de más de 185 m en caminos de alta velocidad, para evitar el uso del apartadero como un carril de adelantamiento. Las longitudes recomendadas se basan en la suposición de que los vehículos lentos entran en el apartadero a 8 km/h más lentos que la velocidad media de marcha del tránsito directo. Estas longitudes permiten la entrada del vehículo sin frenar hasta el punto medio, y luego, de ser necesario, frenar hasta una detención, usando una desaceleración no mayor que 3 m/s2. Las longitudes recomendadas para apartaderos incluyen los abocinamiento de entrada y salida, cuyas longitudes de entrada y salida varían de 15 a 30 m (28, 29). Tabla 3-32. Longitudes recomendadas de apartaderos incluyendo abocinamiento

a

La longitud máxima debe ser de 185 m para evitar el uso del apartadero como carril de adelantamiento.

El ancho mínimo de apartadero es 3.6 m y deseable de 5 m; no se recomiendan apartadores de más de 5 m de ancho. Un apartadero no debe ser situado sobre o adyacente a una curva horizontal o vertical que limite la distancia visual en cualquier sentido. La distancia visual disponible debe ser al menos 300 m sobre la aproximación del apartadero. También se necesita señalización y marcación de pavimento para maximizar el uso de los apartaderos y reducir los choques. Para guiar a los conductores es deseable marcar una línea de borde del apartadero, especialmente si es ancho.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Banquina de conducción En algunas partes de los EUA, una costumbre establecida de larga data para los vehículos lentos es moverse hacia la banquina cuando otro vehículo se acerca desde atrás, y regresar a la calzada después del paso del otro. Generalmente se practica cuando existen adecuadas banquinas pavimentadas, que funcionan como apartaderos continuos. Esta costumbre se considera una cortesía a los demás conductores, que necesita poca o ninguna reducción de velocidad de cualquiera de los conductores. En tanto algunos organismos viales, sin inversión de capital, pueden tentarse de permitir tal uso como un medio para mejorar las oportunidades de adelantamiento, deben reconocer que en muchos estados el tránsito por las banquinas está prohibido por ley. Por lo tanto, un organismo vial que considere la conducción por la banquina como una ayuda para el adelantamiento puede necesitar proponer la legislación que autorice tal uso, y desarrollar una campaña de educación pública para familiarizar a los conductores con la nueva ley. Organismos viales deben evaluar el kilometraje de caminos de dos carriles con banquinas pavimentadas y su calidad estructural, antes de decidir si se permite su uso como ayuda para el adelantamiento. Se debe reconocer que donde el uso de la conducción por banquina se vuelva común no será limitado a lugares seleccionados, sino a todo el sistema provisto de banquinas pavimentadas. Otra consideración es la necesidad de anchos de banquina de por lo menos 3 m, y preferiblemente 3.6 m. También hay que considerar el efecto que pueda tener sobre el uso de los ciclistas. Dado que la práctica de la conducción por banquina evolucionó por costumbres locales, no existe ninguna señalización que promueva tal uso. Secciones de uso de banquina Otro aproximación para dar oportunidades adicionales de adelantamiento es permitir que los vehículos lentos utilicen las banquinas pavimentados en sitios seleccionados, designados mediante señalización específica. Esta es una aplicación más limitada del uso de banquina por los vehículos lentos. En general, los conductores se mueven hacia la banquina sólo el tiempo necesario para el adelantamiento de los vehículos que siguen y vuelven al carril directo. Así, la sección de uso-de-banquina funciona como un apartadero extendido. Este aproximación permite al organismo vial promover el uso de las banquinas pavimentadas aptas para soportar las cargas de tránsito previstas, y sea necesario dar oportunidades de adelantamientos más frecuentes. Generalmente la longitud de las secciones uso-de-banquinas varía entre 0.3 y 5 km. Debe permitirse el uso sólo cuando las banquinas son entre 3 y 3.6 m de ancho. Se necesita suficiente resistencia estructural para soportar las cargas previstas, junto con buenas condiciones de la superficie. Debe prestarse especial atención a la condición de la banquina porque es improbable que los conductores la usen si es rugosa, o está rota o cubierta de escombros. Las señales deben erigirse al principio y final de la sección donde se permite el uso de banquina. Sin embargo, como en el MUTCD (22) no hay señalización específica, debe usarse señalización especial.

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3.4.5 Ramas de escape de emergencia (*) General Donde haya largas bajadas o donde los controles topográficos y otros indiquen una necesidad por tales pendientes es deseable diseñar y construir una rama de escape de emergencia en una ubicación adecuada para desacelerar a los vehículos fuera de control, en particular camiones, y detenerlos fuera de la corriente principal del tránsito. Generalmente los vehículos fuera de control resultan de una pérdida de la capacidad de frenado del conductor, ya sea por sobrecalentamiento de los frenos o la falta de reducción de marcha en el momento adecuado. Una experiencia considerable con ramas construidas en los caminos existentes dio al diseño y construcción de ramas eficaces que salvan vidas y reducen daños a la propiedad. Los informes y evaluaciones de las ramas existentes indican que dan valores aceptables de desaceleración, y permiten un buen control del vehículo en la rama (68). Las fuerzas que actúan sobre cada vehículo para afectar la velocidad del vehículo incluyen motor, frenos, y fuerzas de resistencia a la tracción. Las fuerzas resistentes de motor y frenado pueden ignorarse en el diseño de las ramas de escape porque la rama debe ser diseñada para el peor de los casos, en el que el vehículo está en punto muerto y el sistema de freno falló. La fuerza de resistencia de tracción comprende cuatro subclases: inercial, aerodinámica, rodaje, y pendiente. Las fuerzas inerciales y de pendiente negativa actúan para mantener el movimiento del movimiento del vehículo, mientras que las fuerzas de rodaje, pendiente positiva y resistencia del aire retardan el movimiento. La figura 3-38 ilustra la acción de las fuerzas de resistencia diferentes sobre un vehículo.

Figura 3-38. Fuerzas que actúan sobre un vehículo en movimiento

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La resistencia inercial puede describirse como una fuerza que resiste el movimiento de un vehículo en reposo o mantiene un vehículo en movimiento, a menos que el vehículo sea accionado por una fuerza externa. La resistencia inercial debe ser superada para incrementar o disminuir la velocidad de un vehículo. Se dispone de las fuerzas de rodaje y pendiente positiva para superar la resistencia inercial. La resistencia al rodaje o rodadura es un término general utilizado para describir la resistencia al movimiento en la zona de contacto de los neumáticos de un vehículo y la superficie de la calzada, y sólo es aplicable cuando un vehículo está en movimiento. Está influida por las características del tipo de desplazamiento y el material de revestimiento de la calzada. Cada material de revestimiento tiene un coeficiente, expresado en kg/1000kg de peso bruto del vehículo (GVM), el cual determina la cantidad de resistencia a la rodadura de un vehículo. Los valores mostrados en la Tabla 3-33 para resistencia al rodaje proceden de diversas fuentes en todo el país y son la mejor estimación disponible. La resistencia a la pendiente resulta de la gravedad, y se expresa como la fuerza necesaria para mover el vehículo a través de una distancia vertical dada. Para que la resistencia de pendiente dé una fuerza beneficiosa sobre una rama de escape, el vehículo debe estar en movimiento de subida, en contra de la gravedad. En el caso en que el vehículo baja, la resistencia de pendiente es negativa, lo que reduce las fuerzas disponibles para desacelerar y detener el vehículo. La cantidad de resistencia de pendiente está influida por el peso total del vehículo y la magnitud de la pendiente. Para cada 1% de pendiente, la resistencia pendiente es 10 kg/1000 kg, si la pendiente es positiva o negativa. El componente restante de resistencia tractiva es la resistencia aerodinámica, que resulta del efecto retardador el aire en la superficie del vehículo. El aire provoca una resistencia significativa a velocidades superiores a 80 km/h, pero es insignificante a menos de 30 km/h. Al determinar la longitud del lecho de detención se desprecia la resistencia aerodinámica, lo que da un pequeño margen adicional de seguridad. Tabla 3-33. Resistencia a la rodadura de los materiales de superficie Caminos

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Resistencia a la rodadura expresada como pendiente equivalente.

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Necesidad y ubicación de ramas de escape de emergencia Cada pendiente tiene sus propias características únicas; alineamiento, pendiente, longitud, y velocidad de descenso contribuyen al potencial de vehículos fuera de control. Para los caminos existentes, a menudo se informan problemas operativos y de seguridad en las bajadas empinadas. Una revisión de campo de una pendiente específica puede revelar barandas dañadas, superficies de pavimento arrancadas, o derrames de aceite, lo cual revela dónde los camioneros tuvieron dificultades en maniobrar las bajadas. En los caminos existentes donde se haya establecido una necesidad debería instalarse una rama de escape. Para determinar la necesidad de una rama de escape de camiones con frecuencia se recurre a la experiencia de choques en caminos existentes o similares a los caminos en proyecto y a las operaciones del camión en bajadas, combinados con los criterios de ingeniería. A menudo, el impacto potencial de un camión fuera de control sobre las actividades adyacentes o centros poblados darán razón suficiente para construir una rama de escape. Deben evitarse las ramas de escape innecesarias. Por ejemplo, una segunda rama de escape no se necesita un poco más allá de la curva que haya creado la necesidad de la rama inicial. Si bien no existen pautas universales disponibles para caminos nuevos y existentes deben considerarse varios factores al seleccionar el lugar específico para una rama de escape. Cada ubicación presenta un conjunto diferente de necesidades de diseño; los factores que deben considerarse incluyen topografía, longitud y porcentaje de la pendiente, velocidad potencial, impactos económicos y ambientales, y experiencia de accidentes en el lugar o similares. Las ramas deben ubicarse para interceptar el mayor número de vehículos fuera de control, tal como al fondo de la bajada y en puntos intermedios a lo largo de una pendiente donde un vehículo fuera de control podría provocar un choque catastrófico. Además del análisis de los accidentes en situaciones similares, una técnica disponible para caminos nuevos y existentes para analizar las operaciones en una pendiente es el Sistema de Clasificación de Gravedad de Pendientes (19), el cual utiliza una temperatura límite de freno predeterminado (260º C)) para establecer una velocidad de descenso segura para la pendiente. También se puede utilizar para determinar esperadas temperaturas de frenado a intervalos de 0.8 km a lo largo de la bajada. La ubicación donde la temperatura exceda el límite de freno indica el punto en que pueden ocurrir fallas de frenos que conduzcan a potenciales salidas. En general las ramas de escape pueden construirse en cualquier lugar práctico de un camino donde el alineamiento sea recto. Deben construirse antes de las curvas horizontales que no puedan ser negociadas con seguridad por un camión fuera de control sin volcar, ni inmediatamente antes de zonas pobladas. Las ramas de escape deben salir a la derecha del camino. En los caminos multicarriles divididos, donde una salida por la izquierda pareciera ser la única ubicación práctica, pueden esperarse dificultadas por el rechazo de los vehículos en el carril de la izquierda para ceder el paso a los vehículos de fuera-de-control que intentan cambiar de carril.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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A pesar de que los accidentes que involucran camiones fuera de control puede ocurrir en varios lugares a lo largo de una pendiente, los lugares con accidentes múltiples deben analizarse en detalle. El análisis de los datos de choques pertinentes a un sitio candidato para ubicar una rama de escape debe incluir la evaluación de la sección del camino inmediatamente cuesta arriba, incluyendo la cantidad de curvatura, la distancia recorrida y el radio de curva adyacente. Una parte integral de la evaluación debe ser determinar la velocidad máxima que un vehículo fuera de control podría alcanzar en el lugar propuesto. Esta mayor velocidad obtenible se puede utilizar como la velocidad mínima de diseño para la rama. Para el diseño se recomienda una velocidad de entrada de 130 a 140 km/h como representativa de una condición extrema, que por lo tanto no se debe no se debe utilizar como base para la selección de las ubicaciones de las ramas de escape. Aunque las variables implicadas hacen poco práctico establecer un orden de velocidad máxima de camión para ubicar las ramas de escape, es evidente que las velocidades esperadas deben estar por debajo del rango utilizado para el diseño. El principal factor para determinar la necesidad de una rama de escape de emergencia debe ser la seguridad del tránsito en el camino, el conductor del vehículo fuera de control, y los residentes a lo largo y en la parte inferior de la pendiente. Una rama de escape, o ramas si las condiciones indican la necesidad de más de una, se debe ubicar donde las pendientes sean de una longitud y empinamiento tales que presenten un riesgo sustancial de camiones fuera de control, y donde las condiciones topográficas permitan la construcción. Tipos de ramas de escape de emergencia Las ramas de escape de emergencia se clasifican de varias maneras. Tres amplias categorías para clasificar las ramas son gravedad, montón de arena, y lecho de detención. En estas categorías generales predominan cuatro diseños básicos: montón de arena y tres tipos de lechos de detención clasificados por la pendiente: descendente, horizontal y ascendente, Figura 3-39. La rama de gravedad tiene una superficie pavimentada o agregado grueso densamente compactado; confía principalmente en las fuerzas gravitatorias para frenar y detener la salida desde la calzada. Las fuerzas de resistencia a la rodadura contribuyen poco para ayudar a detener el vehículo. Las ramas de gravedad son generalmente largas y empinadas, y se ven limitadas por los controles topográficos y los costos. Mientras que una rama de gravedad detiene el movimiento hacia adelante, la superficie pavimentada no puede evitar que el vehículo ruede hacia abajo de la pendiente de la rama y colee sin un mecanismo de captura positiva. Por lo tanto, la rama de gravedad es el tipo menos deseable.

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Nota: El perfil es a lo largo de la línea de base de la rama. Figura 3-39. Tipos básicos de ramas de escape de emergencia

Los montones de arena, compuestos de arena suelta y seca vertida en el lugar de la rama, son generalmente de no más de 120 m de longitud. La influencia de la gravedad depende de la pendiente de la superficie. El aumento de la resistencia a la rodadura es dada por la arena suelta. Las características de desaceleración de los montones de arena suelen ser graves y la arena puede ser afectada por el clima. Debido a las características de desaceleración, los montones de arena son menos deseables los lechos de detención. Sin embargo, en lugares donde exista un espacio inadecuado para otro tipo de rama, los montones de arena pueden ser adecuados por sus dimensiones compactas. Las ramas de escape tipo lecho de detención descendente se construyen paralelas y adyacentes a los carriles directos del camino. Usan agregado suelto en lecho de detención para aumentar la resistencia a la rodadura para detener el vehículo. La resistencia de pendiente actúa en el sentido de movimiento del vehículo; por lo que las ramas de pendiente descendente pueden ser mucho más largas porque el efecto gravitacional no ayuda. La rama debe tener una trayectoria claro y evidente regreso al camino, para que los conductores que dudan de la eficacia de la rama se sientan capaces de volver al camino a una velocidad reducida.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Donde la topografía pueda acomodar, otra opción es un lecho de detención horizontal, cuya resistencia se basa en el aumento de la resistencia a la rodadura del agregado suelto en el lecho de detención para desacelerar y detener el vehículo fuera de control, ya que el efecto de la gravedad es mínimo. La rama de escape más utilizada es el lecho de detención ascendente, cuya resistencia toma ventaja de la resistencia de pendiente como suplemento de los afectos del agregado en el lecho de detención, y generalmente se reduce la longitud de rama necesaria para detener el vehículo. El material suelto en el lecho de detención aumenta la resistencia a la rodadura, como en los otros tipos de ramas, mientras que la resistencia de pendiente actúa en un sentido de bajada, opuesto al sentido del vehículo. El material suelto del lecho también sirve para mantener el vehículo en su lugar en la rama de pendiente después de haber llegado a una detención segura. Cada uno de los tipos de rama es aplicable a una situación particular donde se desee una rama de escape de emergencia, compatible con la ubicación establecida y controles topográficos en los sitios posibles. Los procedimientos utilizados para analizar las ramas de escape de camiones son esencialmente iguales para cada una de las categorías o tipos identificados; la diferencia está en el factor de resistencia al rodaje del material de revestimiento usado para determinar la longitud necesaria para desacelerar y detener al camión fuera de control. Consideraciones de diseño La combinación de la resistencia externa y de numerosas fuerzas internas no tratadas actúa para limitar la velocidad máxima de un vehículo fuera de control. Rara vez o nunca se alcanzan velocidades superiores a los 130 a 140 km/h. Por lo tanto, una rama de escape debe diseñarse para una velocidad mínima de entrada de 130 km/h, con una velocidad directriz deseable de 140 km/h. Existen varias fórmulas y programas de software para determinar la velocidad de embalamiento en cualquier punto de la pendiente. Estos métodos pueden utilizarse para establecer una velocidad directriz para pendientes específicas y los alineamientos horizontales (19, 38, 68). El diseño y construcción de ramas de escape eficaces implican una serie de consideraciones:  Para detener de forma segura un vehículo fuera de control, la longitud de la rama debe ser suficiente como para disipar la energía cinética del vehículo en movimiento.  El alineamiento de la rama de escape debe ser recto o de curvatura muy abierta para minimizar la dificultad del conductor de controlar el vehículo.  La anchura de la rama debe ser adecuada para acomodar más de un vehículo, ya que no es raro que dos o más vehículos tengan necesidad de la rama de escape en un corto lapso. Una anchura mínima de 8 m puede ser todo lo práctico en algunas zonas, aunque se prefieren anchos mayores.  Deseablemente, una anchura de 9 a 12 m acomoda más adecuadamente dos o más vehículos fuera de control. En algunos lugares en los que se determinó que un ancho mayor era excesivamente costosas o no necesario, se usaron con éxito anchos de rama inferiores a los indicados. El ancho de las ramas en uso varían entre 3.6 y 12 m.

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El material de revestimiento utilizado en el lecho de detención debe estar limpio, no fácilmente compactado, y tener un alto coeficiente de resistencia a la rodadura. Cuando se utilice agregado, debe ser redondeado, sin triturar, predominantemente de un solo tamaño, y tan libre de material fino como fuere práctico. Dicho material maximizará el porcentaje de huecos, dando así un drenaje óptimo y minimizando la trabazón y la compactación. Es deseable un material con baja resistencia al corte para permitir la penetración de los neumáticos. La durabilidad del agregado debe evaluarse usando un ensayo de aplastamiento adecuado. La gravilla es representativa del material utilizado más frecuentemente, aunque también se utilizan grava suelta y arena. En varios estados se usó con éxito una gradación con tamaño máximo de 40 mm. Un material ajustado a la gradación Nº 57 de AASHTO es eficaz si se eliminan los finos. Los lechos de detención deben construirse con una profundidad mínima total de 1 m. La contaminación del material puede reducir la eficacia del lecho de detención al crear una capa superficial dura de hasta 30 cm de espesor en la parte inferior del lecho. Por lo tanto se recomienda una profundidad total de hasta 1,1 m. A medida que el vehículo entra en el lecho de detención, las ruedas del vehículo desplazan la superficie, hundiéndose en el material del lecho, lo que aumenta la resistencia a la rodadura. Para ayudar a desacelerar sin problemas, la profundidad del lecho debe variarse desde un mínimo de 8 cm en la entrada hasta la profundidad total de agregado en los 30 a 60 m iniciales del lecho. Debe preverse un medio positivo de drenaje del lecho de detención, para ayudar a proteger el lecho de la congelación y evitar la contaminación del material del lecho. Esto se puede obtener dando pendiente a la base, subdrenes, intercepción del agua antes de entrar en el lecho, sistemas de desagüe inferior con salidas transversales, o drenajes de borde. Pueden usarse geotextiles o pavimentación entre la subbase y los materiales del lecho para evitar la infiltración de materiales finos que puedan retener agua. Cuando la contaminación tóxica del combustible diésel o derrame de material fuere un problema, la base del lecho de detención puede pavimentarse con hormigón y tener tanques para retener los contaminantes derramados. La entrada a la rama debe diseñarse para que un vehículo a alta velocidad pueda entrar con seguridad. Debe darse tanta distancia visual como fuere práctico antes de entrar con seguridad en la rama. La longitud total de la rama debe ser visible para el conductor. El ángulo de salida de la rama debe ser pequeño, por lo general de 5º o menos. Un carril auxiliar puede ser adecuado para ayudar al conductor a prepararse para entrar en la rama de escape. La superficie del camino principal debería extenderse a un punto en o más allá de la salida para que las ruedas delanteras fuera de control entren en el lecho simultáneamente, lo que también da tiempo de preparación al conductor antes de comenzar la desaceleración real. El lecho debe desplazarse lateralmente a través de los carriles en una cantidad suficiente como para impedir que el material suelto se vuelque sobre los carriles. El acceso a la rama debe estar claramente indicado por señales de salida para permitir que el conductor de un vehículo fuera de control tenga tiempo para reaccionar y reducir al mínimo la posibilidad de perder la rama. Se necesitan señales anticipadas para informar a los conductores la existencia de una rama de escape y prepararlos con suficiente antelación al punto de decisión, para que tengan tiempo suficiente de decidir si deben o no utilizar la rama de escape. Deben usarse señales regulatorias cerca de la entrada para desalentar a otros automovilistas de entrar, detenerse, o estacionarse en la rama. La trayectoria de la rama debe delinearse para definir los bordes y dar guía nocturna; para más información consultar el MUTCD (22). Es deseable iluminar la aproximación y la rama.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño 

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3-127

La característica que más contribuye a la efectividad de una rama de escape es la que más dificulta el rescate de un vehículo atrapado. Se necesita una vía de servicio situada junto al lecho de detención para remolcar camiones y para que los vehículos de mantenimiento no queden atrapados en el material de lecho. El ancho de esta vía de servicio debe ser de al menos 3 m. Preferiblemente, esta vía de servicio deben estar pavimentada, pero puede estar recubierta de grava. El camino debe diseñarse de tal manera que el conductor de un vehículo fuera de control no confunda la vía de servicio con el lecho de detención. Para asegurar una grúa de auxilio al retirar un vehículo del lecho de detención se necesitan anclas junto al lecho, a intervalos de 50 a 100 m. Un ancla debe estar ubicada a 30 m antes del lecho para ayudar a la grúa a socorrer a un vehículo capturado.

Al subir una cuesta, un vehículo pierde impulso y eventualmente se detendrá por efecto de la gravedad. Para determinar la distancia necesaria para detener un vehículo con el examen de la resistencia a la rodadura y la resistencia de pendiente puede usarse la siguiente ecuación simplificada (61):

(3-39)

Ejemplo. Las condiciones topográficas en un sitio seleccionado para una rama de escape de emergencia limitan la pendiente a 10% (G = 0.10). El lecho de detención se va a construir con grava suelta para entrar a una velocidad de 140 km/h. Usando la Tabla 3-33 resulta R = 0.1. La longitud del lecho de detención debe determinarse usando la Ecuación 3-39. Para este ejemplo, la longitud del lecho de detención es de aproximadamente 400 m.

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3-128

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Cuando un lecho de detención se construye utilizando más de una pendiente a lo largo de su longitud, Figura 3-40, la pérdida de velocidad en cada pendiente se determina con la ecuación siguiente: (3-40)

La velocidad final de una sección de rama se resta de la velocidad de entrada para determinar una nueva velocidad de entrada en la siguiente sección de la rama y el cálculo repetido a cada cambio de pendiente en la rama hasta que la longitud suficiente se da para reducir la velocidad del vehículo fuera de control a cero. La Figura 3-40 muestra una planta y perfil de una rama de escape de emergencia con accesorios típicos.

Figura 3-40. Rama de escape de emergencia típica

Donde la única ubicación práctica para una rama de escape no dará suficiente longitud y pendiente de detener por completo un vehículo fuera de control, deben suplementarse con un adecuado dispositivo de atenuación. Donde una rama de longitud completa debe proveerse con capacidad plena de desaceleración para la velocidad directriz debe considerarse un dispositivo de “última oportunidad” cuando las consecuencias de dejar el extremo de la rama sean graves.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-129

Cualquier tratamiento de final-de-rama debe diseñarse con cuidado para que sus ventajas superen las desventajas. El riesgo para otras personas como resultado de un camión fuera de control que rebase el final de una rama de escape puede ser más importante que el daño al conductor o carga del camión. La desaceleración brusca de un camión fuera de control puede causar desplazamiento de la carga, corte de la quinta rueda, o coleo, todos sucesos potencialmente dañinos para el conductor y la carga. Como la “última oportunidad” del dispositivo, en varias ocasiones se usaron montones de material de lecho entre 0.6 y 1.5 m de altura con taludes 1V: 1.5 H. Por lo menos una rama de escape se construyó con una serie de amortiguadores de choque instalados para evitar que un vehículo fuera de control se saliera peligrosamente del final de la rama. Además, en el extremo de una rama de gravedad de superficie dura, una capa de grava o una matriz suficientemente atenuador puede inmovilizar a un vehículo fuera de control, sin freno para evitar que ruede hacia atrás y colee. Donde se utilicen barriles, deben llenarse con el mismo material que el utilizado en el lecho de detención, para que cualquier material más fino no dé lugar a la contaminación del lecho y a la reducción de la resistencia a la rodadura esperada. Zonas de prueba de frenos Los apartaderos en la cumbre de una subida pueden utilizarse como estaciones de verificación de frenos, o zonas de parada obligatoria para dar al conductor oportunidad para inspeccionar el equipamiento del vehículo y comprobar la temperatura de los frenos al comienzo del descenso. Además, mediante señalización esquemática o folletos puede informarse acerca de la pendiente por delante y la ubicación de las ramas de escape. Para estas zonas no es necesario un diseño elaborado. Un área para probar los frenos puede ser un carril pavimentado detrás y separado de la banquina, o una banquina ensanchada donde pueda detenerse un camión. Debe usarse señalización adecuada para desalentar paradas ocasionales del público. Mantenimiento Después de cada uso, el agregado de los lechos de detención debe reconformarse con equipo mecánico, y escarificarlo en la medida de lo posible. Dado que el agregado tiende a compactarse con el tiempo, el material de lecho debe limpiarse de contaminantes y escarificarse periódicamente para conservar las características retardadoras del material de lecho, y mantener el drenaje libre. El uso de equipo potente para trabajar en el lecho de detención reduce el tiempo de exposición de los trabajadores de mantenimiento a la posibilidad de que un camión fuera de control tenga que utilizar la instalación. Mantenimiento de los accesorios debe realizarse según fuere adecuado. (*) NdT: Conceptualmente igual a las versiones anteriores de los Libros Verdes

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3.4.6 Curvas verticales Consideraciones generales Las curvas verticales para efectuar cambios graduales entre pendientes rectas pueden ser una cualquiera de las convexas y cóncavas de la Figura 3-41. Las curvas verticales deben ser simples en su aplicación y deben dar lugar a un diseño que permita al conductor ver el camino por delante, mejorar el control del vehículo, ser agradables en apariencia, y adecuadas para el drenaje. El control de diseño principal de las curvas verticales convexas es la provisión de amplias distancias visuales para la velocidad directriz; aunque la investigación (17) mostró que las curvas verticales con limitada distancia visual no necesariamente experimentan choques frecuentes, (*) se recomienda que todas las curvas verticales se diseñen para dar al menos las distancias visuales de detención mostradas en la Tabla 3-1. Siempre que fuere práctico deben usarse distancias visuales más largas que la de detención. Además, en los puntos de decisión debe darse distancia visual adicional. (*) NdT: Himno a la contradicción introducido desde la 4ª Edición 2001 del Libro Verde. Gratuita, subliminal, deletérea y ambigua desvalorización de la Distancia Visual como pilar básico de la Ingeniería de Seguridad Vial. No se específica hasta dónde la limitación de la visibilidad sería inocua. Los autores de la referencia (17) son Fambro, D. B., K. Fitzpatrick, y R. J. Koppa.

Para comodidad del conductor, el cambio de pendiente debe mantenerse en límites tolerables. Esta consideración es más importante en las curvas cóncavas, donde el peso y la fuerza centrífuga actúan en el mismo sentido. También debe considerarse la apariencia; una curva larga tiene un aspecto más agradable que una corta; las curvas cortas puede dar la apariencia de una rotura repentina en el perfil debido al efecto de escorzo.

Figura 3-41. Tipos de curvas verticales

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-131

El drenaje de caminos con cordones en las curvas cóncavas (Tipo III, Figura 3-41) necesita un diseño cuidadoso de la rasante para mantener una pendiente no menor que 0.5% o, en algunos casos 0.30% de los bordes exteriores de la calzada. Aunque no deseable, las pendientes más suaves pueden ser adecuadas en algunas situaciones. Para diseñar la rasante se usan arcos de curvas parabólicas cuadráticas de eje vertical, cuya propiedad más práctica es que los puntos extremos equidistan de la vertical trazada por el punto de intersección vertical (PIV). Los desplazamientos verticales desde la tangente varían con el cuadrado de la distancia horizontal desde el final de la curva (punto de tangencia). El valor del cambio de pendiente en puntos sucesivos de una curva aes constante para incrementos constantes de la distancia horizontal, y es igual a la diferencia algebraica de pendientes extremas, dividida por la longitud de la curva proyectada sobre la horizontal, o A/L en %/m. El valor recíproco es K = L/A (m/%), valor de la distancia horizontal en metros necesaria para un cambio de pendiente de 1%; es decir, una medida de la curvatura y del ‘tamaño’ de la curva. K es útil para determinar la distancia horizontal desde el punto de curvatura vertical (PCV) en el punto más alto de las curvas de tipo I o el punto más bajo de las curvas de tipo III, punto de pendiente cero, situado a una distancia a K veces la pendiente de aproximación. El valor K también para determinar las longitudes mínimas de curvas verticales para velocidades directrices diferentes. Otros detalles sobre curvas verticales parabólicos se encuentran en los manuales de ingeniería vial. En ciertas situaciones, debido a gálibos verticales críticos u otros controles, puede ser adecuado el uso de curvas asimétricas. Debido a que las condiciones en las que tales curvas son adecuadas son poco frecuentes, la derivación y el uso de las ecuaciones relevantes no se incluyen en la presente memoria. Ver manuales de ingeniería vial. Curvas verticales convexas En general, las longitudes mínimas de las curvas verticales convexas según el criterio de distancia visual son satisfactorias desde el punto de vista de la seguridad, comodidad y apariencia. Una excepción puede ser en zonas de decisión, como nesgas de ramas de salida, donde deben darse distancias visuales más largas y, por lo tanto, de ser necesarias, curvas verticales convexas más largas, Sección 3.2.3. La Figura 3-42 ilustra los parámetros usados para determinar la longitud de una curva convexa para cualquier valor especificado de la distancia visual. Las ecuaciones básicas para la longitud de una curva vertical convexa en función de la diferencia algebraica de pendientes y distancia visual son:

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(3-41)

(3-42)

Figura 3-42. Parámetros considerados para determinar la longitud de una curva vertical convexa para dar distancia visual

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-133

Para distancia visual de detención se usan alturas de ojos y objeto de 1.08 y 0.6 m. Las ecuaciones se convierten en:

(3-43)

(3-44)

Controles de diseño: distancia visual de detención - Las longitudes mínimas de las curvas

convexas para diferentes valores de A y distancias visuales de detención mínimas para cada velocidad directriz se muestran en la Figura 3-43. Las líneas continuas dan las longitudes mínimas de curvas verticales, sobre la base de valores redondeados de K, como se determina de las ecuaciones 3-43 y 3-44. La curva de trazos cortos en la parte inferior izquierda, cruzando estas líneas, indica donde S = L. Note que a la derecha de la línea S = L, el valor de K, o longitud de curva vertical por 1% de cambio en A, es una simple y práctica expresión de control de diseño. Para cada velocidad directriz, este único valor K es un número entero positivo indicativo de la curvatura vertical. El control de diseño en términos de K cubre todas las combinaciones de A y L para cualquier velocidad directriz; así, A y L no necesitan indicarse por separado en una tabulación de valores de diseño. La selección de curvas de diseño se ve facilitada porque la longitud mínima de la curva en metros es igual a K veces la diferencia algebraica de las pendientes en porcentaje, L = KA. A la inversa, el control de los planos se simplifica mediante la comparación de todas las curvas con el valor K de diseño. Tabla 3-34 muestra los valores de K calculados para longitudes de curvas verticales correspondientes a las distancias visuales de detención previstos en la Tabla 3-1 para cada velocidad directriz. Para el uso directo en el diseño, todos los valores se redondean como se muestra en la columna de la derecha. Los valores redondeados de K se representan como líneas continuas en la Figura 3-43; son valores apenas más altos que los calculados. Donde S > L (izquierda inferior en la Figura 3-43), el trazo de los valores calculados es una curva (como la línea de trazos de 70 km/h) que gira a la izquierda, y para valores pequeños de A las longitudes de las curvas son cero ya que la línea visual pasa por encima del punto más alto. Esta relación no representa la práctica de diseño deseado. La mayoría de los estados utilizan una longitud mínima de la curva vertical, expresada como un valor único, un rango de velocidades directrices diferentes, o una función de A. Los valores de L en uso varían alrededor de 30 a 100 m. Para reconocer la diferencia en la velocidad directriz y aproximar el rango de la práctica actual, las longitudes mínimas de curvas verticales se expresan mediante una expresión empírica, aproximadamente igual a 0.6 veces la velocidad directriz en km/h, Lmín = 0.6 V, donde V es en km/h y L en metros. Estos ajustes terminales se muestran como líneas verticales en la parte inferior izquierda de la Figura 3-43.

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3-134

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Figura 3-43. Controles de diseño para curvas verticales convexas - Condiciones de abierto Tabla 3-34. Controles de diseño para curvas verticales convexas basados en la distancia visual de detención

a

Tasa de curvatura vertical, K; longitud de la curva en m por cada 1% de diferencia algebraica entre las pendientes que se intersecan; K = L/A.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-135

Los valores de K deducidos para S > L también pueden utilizarse sin error significativo para S > L. Como se muestra en la Figura 3-43, la extensión de las líneas diagonales hasta encontrarse con las líneas verticales de longitudes mínimas de curvas verticales resulta en diferencias apreciables de la teórica sólo donde A es pequeño y ningún costo adicional significa obtener curvas verticales más largas. Para la conducción nocturna en caminos sin iluminación, la longitud de calzada visible es la directamente iluminada por los faros del vehículo. En ciertos casos, los valores mínimos de distancia visual de detención usados para diseñar superan la longitud visible de la calzada. Primero, los faros de los vehículos tienen limitaciones de la distancia sobre la cual se pueden proyectar los niveles de intensidad de luz necesarios para la visibilidad. Cuando los faros operan en luces bajas, el reducido poder de iluminación de la fuente más el ángulo de proyección hacia abajo restringen significativamente la longitud de superficie visible de la calzada. Así, en particular para condiciones de alta velocidad, los valores de distancia visual de detención exceden las distancias de visibilidad dadas por los rayos de luz baja, independientemente de si la rasante del camino es plana o curvada verticalmente. Segundo, para las curvas verticales convexas, la zona adelante del punto de tangencia de la luz de los faros con la superficie del camino está oscura, y sólo recibe iluminación indirectamente. Dado que la altura de montaje de los faros (alrededor de 0.6 m) es menor que la altura de los ojos del conductor utilizada para el diseño (1.08 m), la distancia visual de un objeto iluminado se controla por la altura de los faros de los vehículos en lugar de por la línea de visión directa como es el caso en operación diurna normal. Cualquier objeto en la zona de sombra debe ser lo suficientemente alto como para extenderse en la luz del faro para ser iluminado directamente. Sobre la base de la Ecuación 3-41, la parte inferior de la luz del faro delantero está alrededor de 0.4 m por encima de la calzada a una distancia adelante del vehículo igual a la distancia visual de detención. Aunque el sistema de faros del vehículo limita la longitud de visibilidad de la calzada, hay un cierto efecto mitigador en los otros vehículos, cuya altura de luz trasera típicamente varía desde 0.45 hasta 0.6 m, y otros objetos reciben luz directa de los faros en los valores de la distancia visual de detención usados para diseñar. Además, los conductores son conscientes de que la visibilidad por la noche es menor que durante el día, independientemente del camino y las características de diseño de la calle, y por lo tanto pueden ser más atentos y alertas. Hay un punto plano en la cresta de una curva vertical convexa de Tipo I (Figura 3-41), pero no se experimenta ninguna dificultad con el drenaje en los caminos con cordones si la curva es lo suficientemente cerrada como para que unos 15 m de la cima se alcance una pendiente mínimo de 0.3%. Esto corresponde a K = 51 m/%, representado en la Figura 3-42 como máximo drenaje. Todas las combinaciones anteriores o a la izquierda de esta línea satisfacen el criterio de drenaje. Las combinaciones abajo y a la derecha de esta línea implican curvas verticales más abiertas. Debe prestarse especial atención a estos casos para dar un drenaje adecuado al pavimento cerca del punto más alto de la cima de las curvas verticales convexas. No se pretende que K = 51 m/% se considere un máximo de diseño, sino simplemente un valor más allá del cual el drenaje debe diseñarse con más cuidado.

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3-136

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Controles de diseño: distancia visual de adelantamiento (*) – Los valores de diseño de las

curvas verticales convexas para distancia visual de adelantamiento difieren de las de detención por la diferente distancia visual y altura de objeto. Se aplican las Ecuaciones generales 3-41 y 3-42. Usando altura de ojos 1.08 m resultan las fórmulas siguientes:

(3-45)

(3-46)

NdT: Según el Artículo 42 a) de la Ley 24449, en la Argentina están prohibidos los adelantamientos en la cima de la vía, cualquiera que sea la distancia visual disponible.

Para las distancias visuales de adelantamiento mínimas de la Tabla 3-4, las longitudes mínimas de las curvas de curvas verticales convexas son sustancialmente más largas que las de distancias visuales de detención. La magnitud de la diferencia es evidente por los valores de K, o longitud de curva vertical en m por 1% de cambio de A, para las distancias visuales de adelantamiento de la Tabla 3-35. Tabla 3-35. Controles de diseño para curvas verticales convexas basados en la distancia visual de adelantamiento

a

Tasa de curvatura vertical, K; la longitud de la curva en m por cada 1% de diferencia algebraica entre las pendientes que se intersecan; K = L/A.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-137

Generalmente no es práctico diseñar curvas verticales convexas que den distancia visual de adelantamiento debido al costo elevado de los cortes implicados, y la dificultad de ajustar al terreno las resultantes largas curvas verticales, en particular en caminos de alta velocidad. La distancia visual de adelantamiento en las curvas verticales convexas puede ser práctica en caminos con combinaciones inusuales de velocidades directrices bajas y pendientes suaves, o velocidades directrices mayores con diferencias algebraicas de pendientes muy pequeñas. Ordinariamente, la distancia visual de adelantamiento se da donde las combinaciones de alineamiento y rasante no necesitan significativo movimiento de suelos. La Tabla 3-35 muestra los valores calculados de K para determinar las longitudes de las curvas verticales para distancias visuales de adelantamiento mostradas en la Tabla 3-4. Curvas verticales cóncavas Para establecer longitudes de las curvas verticales cóncavas se reconocen al menos cuatro criterios diferentes: (1) distancia visual de faros, (2) comodidad del pasajero, (3) control de drenaje, y (4) apariencia general. Algunos organismos viales utilizan directamente la distancia visual de faros, y para la mayor parte es la base para determinar la longitud de las curvas verticales cóncavas recomendadas aquí. Cuando un vehículo atraviesa por la noche una curva cóncava, la parte de camino iluminado continuamente depende de la posición de los faros y el sentido del haz de luz. Comúnmente se supone altura de faros de 0.60 m y una divergencia 1º arriba del haz de luz desde el eje longitudinal del vehículo. La propagación hacia arriba del haz de luz por encima de 1º da una cierta longitud adicional visible del camino, pero generalmente no se considera en el diseño. Las siguientes ecuaciones muestran las relaciones entre S, L, y A, usando S como la distancia entre el vehículo y el punto donde el ángulo de 1º arriba del haz de luz interseca la superficie de la calzada:

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3-138

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(3-47)

(3-48)

(3-49)

(3-50)

Para que los conductores vean el camino por delante, una curva cóncava debe ser lo suficientemente larga para que la distancia del haz de luz sea aproximadamente igual que la distancia visual de detención. En consecuencia, es adecuado utilizar las distancias visuales de detención para diferentes velocidades directrices como el valor de S en las ecuaciones anteriores. Las longitudes resultantes de las curvas verticales cóncavas para las distancias visuales recomendados de detención para cada velocidad directriz se muestran en la Figura 3-44 con líneas sólidas usando valores redondeados de K como se hizo para las curvas verticales convexas.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-139

Figura 3-44. Controles de diseño para curvas verticales cóncavas - Condiciones de camino abierto

El efecto sobre la comodidad de los pasajeros del cambio en el sentido vertical es mayor en las curvas cóncavas que las convexas por la suma del peso y la fuerza centrífuga. La comodidad debida al cambio vertical en el sentido vertical no se mide fácilmente, ya que se ve afectada apreciablemente por la suspensión de la carrocería del vehículo, el peso corporal del vehículo, la flexibilidad del neumático, y otros factores. Intentos limitados en tales mediciones llegaron a la conclusión general de que el andar es cómodo en las curvas cóncavas cuando la aceleración centrífuga no sea mayor que 0.3 m/s2. La expresión general de este criterio es: (3-51)

La longitud de la curva vertical necesaria para satisfacer este factor de comodidad a las diversas velocidades directrices es de sólo 50% de la necesaria para satisfacer el criterio de la distancia visual faro, del rango normal de condiciones de diseño.

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3-140

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Donde se utilicen cordones, el drenaje afecta el diseño de las curvas verticales de tipo III (Figura 3-42). Un criterio aproximado para combar curvas cóncavas es el mismo que para las curvas convexas (pendiente mínima de 0.3% a 15 m del punto de cota mínima). Este criterio corresponde a K = 51 m/% cambio% que se representa en la figura 3-44 como el máximo drenaje. El criterio de drenaje difiere de otros criterios en que la longitud de la curva cóncava se determina según un máximo, mientras que la longitud de cualquier otro criterio es un mínimo. La longitud máxima del criterio de drenaje es mayor que la longitud mínima de los otros criterios hasta 100 km/h. Para mejorar la apariencia de hundimiento de las curvas cóncavas, las guías anteriores utilizaron una regla de dígitos oscilantes de longitud mínima L = 30ª (K = 30 m/%). Esta aproximación es un control generalizado para valores pequeños o intermedios de A. En comparación con la distancia visual de faros, corresponde a una velocidad directriz de unos 80 km/h. En caminos de alto tipo, las curvas más largas son más adecuadas para mejorar la apariencia. De lo anterior resulta que los controles de diseño para las curvas verticales cóncavas difieren de los de las convexas y son necesarios valores de diseño independientes. La distancia visual faros parece ser el criterio más lógico para el uso general, y los valores determinados para las distancias visuales de detención están en los límites reconocidos en la práctica actual. Se recomienda usar este criterio para establecer los valores de diseño para un rango de longitudes de curvas verticales cóncavas. Como en el caso de las curvas verticales convexas, es conveniente expresar el control de diseño en términos de K para todos los valores de A. Esto implica alguna desviación de los valores calculados de K para valores pequeños de A, pero las diferencias no son significativas. La Tabla 3-36 muestra el rango de valores calculados y los valores redondeados de K seleccionados como controles de diseño. Las longitudes de las curvas cóncavas sobre la base de los valores de diseño de K se muestran con las líneas continuas de la Figura 3-44. Estas longitudes son valores mínimos basados en la velocidad directriz; siempre que fuere práctico son deseables curvas más largas, pero especial atención debe prestarse al drenaje donde en los caminos con cordones se usen valores K > 51 m/%. En las curvas verticales cóncavas para pendientes planas también se reconocen longitudes mínimas. Los valores determinados para las condiciones de la convexa parecen ser aptos para la cóncava. Las longitudes mostradas como líneas verticales en la Figura 3-44 son iguales a 0.6 veces la velocidad en km/h. En este caso el control es la subjetiva apariencia, por lo cual en lugar de 0.6 puede optarse por un valor mayor, hasta del orden de 1. (*) Las curvas verticales cóncavas más cortas que las longitudes calculadas a partir de la Tabla 3-36 pueden justificarse por razones económicas en caso de una estructura existente, no apta para su reemplazo. En ciertos casos, las ramas también pueden diseñarse con curvas cóncavas más cortas. En muchos casos es deseable la iluminación de fuente fija.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-141

Tabla 3-36. Controles de diseño para curvas verticales cóncavas

a

Tasa de curvatura vertical K; longitud de la curva dividida la diferencia algebraica de pendientes, A; K = L/A (m/%)

Distancia visual en cruces bajo nivel Distancia visual en el camino a través de una separación de niveles debe ser por lo menos tan larga como la distancia visual mínimo de detención, y preferiblemente mayor. El diseño del alineamiento vertical es el mismo que en cualquier otro punto del camino, excepto en algunos casos de curvas verticales cóncavas en pasos bajo nivel de una estructura, Figura 3-45. Aunque no es una preocupación frecuente, la estructura puede cortar la línea visual y limitar la distancia visual a menos de lo que de otra forma es alcanzable. En general, es práctico dar la longitud mínima de curva vertical cóncava en las estructuras de separación de niveles, y aun donde las pendientes recomendadas se excedan, no debería ser necesario reducir la distancia visual por debajo de los valores mínimos recomendados para la distancia visual de detención. Por el contrario, para alargar la visibilidad algunos proyectistas calculan longitudes de curva para gálibos verticales C algo menores que los mínimos reglamentarios. (*) Para algunas condiciones, el proyectista puede desear comprobar la distancia visual disponible por un cruce bajo nivel, como en un cruce bajo nivel de dos carriles sin ramas en las que sería deseable disponer de distancia visual de adelantamiento. Estos controles se realizan mejor gráficamente en el perfil, pero se pueden realizar a través de cálculos. (*) NdT.

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3-142

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Figura 3-45. Distancia visual en cruces bajo nivel

Las ecuaciones generales para la longitud de la curva vertical cóncava en cruces bajo nivel son: Caso 1 - Distancia visual mayor que la longitud de la curva vertical (S > L):

(3-52)

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-143

Caso 2 – Distancia visual menor que la longitud de la curva vertical (S < L):

(3-53)

Con una altura de 2.4 m ojo de un camionero y una altura de 0.6 m objeto de las luces traseras de un vehículo, las siguientes ecuaciones pueden deducirse: Caso 1 - Visual distancia mayor que la longitud de la curva vertical (S > L):

(3-54)

Caso 2 - Visual distancia menor que la longitud de la curva vertical (S < L):

(3-55)

Controles generales para el alineamiento vertical (*) Además de los controles específicos para el alineamiento vertical, hay varios controles generales que deben considerarse en el diseño. 

Debe diseñarse una rasante suave con cambios graduales, en consonancia con el tipo de camino o calle y el carácter del terreno, en lugar de una línea con numerosas interrupciones y longitudes cortas de pendientes. Los criterios específicos de diseño son la pendiente máxima y la longitud crítica de pendiente, pero la manera en la que se aplican y ajustan al terreno en una línea continua determinan la idoneidad y apariencia del producto acabado.

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3-144 

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Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles

Deben evitarse las rasantes tipo montaña rusa” o zambullida oculta. Generalmente tales perfiles ocurren en alineamientos relativamente directos, donde la rasante sigue estrechamente el perfil del terreno natural. Ejemplos de tales perfiles no deseados son evidentes en muchos caminos y calles antiguas, estéticamente desagradables y difíciles de manejar. Las zambullidas ocultas pueden crear dificultades para los conductores que deseen adelantarse, porque el conductor que se adelanta puede ser engañado si la vista del camino o la calle más allá de la zambullida está o no libre de tránsito opuesto. Incluso con las zambullidas poco profundas, este tipo de rasante puede ser desconcertante, ya que el conductor no puede estar seguro de si hay o no un vehículo oculto que se aproxima más allá de la subida. Este tipo de perfil se evita mediante el uso de curvas horizontales o pendientes más graduales. Las líneas de pendiente onduladas, con sustanciales longitudes de pendientes de impulso deben ser evaluarse por su efecto sobre las operaciones de tránsito. En general estos perfiles permiten a los camiones pesados operar a velocidades más altas que cuando una subida no es precedida por una bajada, pero pueden animar a velocidades excesivas de los camiones, con probables conflictos con el resto del tránsito. Generalmente se debe evitar la rasante espalda-quebrada (dos curvas verticales del mismo sentido separadas por una sección corta de pendiente recta); en particular donde la vista se hunde, la vista completa de ambas curvas verticales no es agradable. Este efecto es particularmente notable en los caminos divididos con las secciones abiertas de mediana. En pendientes largas, puede ser preferible colocar las pendientes más empinadas en la parte inferior y aplanar las pendientes cerca de la parte superior de la subida o romper la pendiente sostenida con cortos intervalos de pendiente más suave en lugar de dar una pendiente uniforme sostenida, sólo ligeramente por debajo del máximo recomendado. Esto es particularmente aplicable a caminos y calles con velocidades directrices bajas. Cuando las intersecciones a nivel ocurren en secciones de camino con cuestas moderadas a empinadas, es deseable reducir el la pendiente a través de la intersección. Tales cambios de perfil son beneficiosos para los vehículos que giran, y sirven para reducir las posibilidades de choques. Curvas verticales cóncavas debe evitarse en los cortes, a menos que pueda proveerse un drenaje adecuado.

(*) NdT: Conceptualmente igual a las versiones anteriores de los Libros Verdes

3.5

COMBINACIONES DE ALINEAMIENTO HORIZONTAL Y VERTICAL (*)

3.5.1

Consideraciones generales

Los alineamientos horizontal y vertical son elementos permanentes de diseño para los que se justifica un estudio minucioso. Es extremadamente difícil y costoso corregir deficiencias de alineamiento después de construido un camino. En las autopistas hay numerosos controles, tales como las estructuras de varios niveles y la costosa zona de camino. En la mayoría de las calles arteriales se lleva a cabo un fuerte desarrollo a lo largo de las líneas de propiedad, lo que imposibilita cambiar el alineamiento en el futuro. Por lo tanto, los compromisos en los diseños de alineamientos deben sopesarse cuidadosamente, ya que cualquier ahorro inicial puede ser más que compensado por la pérdida económica para el público en forma de accidentes y demoras.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-145

Los alineamientos horizontal y vertical no deben diseñarse en forma independiente. Se complementan entre sí, y mal diseñados pueden echar a perder las combinaciones de los puntos buenos, y agravar las deficiencias de cada uno. El alineamiento horizontal y la rasante se encuentran entre los más importantes los elementos permanentes del diseño vial. La excelencia del diseño aislado y conjunto mejora el control del vehículo, alienta una velocidad uniforme, y mejora la apariencia, casi siempre sin costo adicional (1, 10, 15, 41, 54, 55, 63, 64). 3.5.2

Controles generales de diseño (*)

Es difícil hablar de las combinaciones de los alineamientos horizontal y vertical sin referirse a la cuestión más amplia de la ubicación del camino (trazado). Estos sujetos están relacionados entre sí y lo que se dice acerca de uno es generalmente aplicable al otro. En esta discusión se supone que se estableció la ubicación general de un camino (trazado), y que la tarea restante es armonizar el diseño específico de las líneas verticales y horizontales de tal manera que el camino acabado resulte económico, agradable, y seguro, todo lo cual será difícil o imposible de obtener si durante el trazado no se tuvieron en cuenta las íntimas relaciones entre los alineamientos horizontal y vertical. Las limitaciones físicas o influencias que actúan individualmente o en combinación para determinar el alineamiento son: el carácter de camino sobre la base del tránsito, topografía y condiciones del subsuelo; desarrollo cultural existente; posibles desarrollos futuros, y la ubicación de los terminales del camino. En el trazado se considera la determinación de la velocidad directriz, la cual sirve para mantener a todos los elementos de diseño en equilibrio. La velocidad directriz determina los valores límite para muchos elementos tales como curvatura y distancia visual, e influye en muchos otros elementos como anchos, separaciones, y pendiente máxima. Las combinaciones adecuadas del alineamiento horizontal y la rasante se obtienen mediante estudios de estudios de ingeniería y la consideración de las guías generales siguientes:  La curvatura y pendientes deben estar en equilibrio adecuado. El alineamiento horizontal rectilíneo, o de curvas muy amplias, a costa de pendientes pronunciadas o largas por un lado, o curvatura horizontal excesiva suaves pendientes por el otro, ambos representan malos diseños. Un diseño lógico, que dé la mejor combinación de seguridad, capacidad, facilidad y uniformidad de operación uniforme, y aspecto agradable en los límites prácticos del terreno y área atravesada, es un compromiso entre estos dos extremos.  La curvatura vertical superpuesta adecuadamente a la curvatura horizontal, o viceversa, generalmente resulta en un camino agradable, pero estas combinaciones deben analizarse para determinar su efecto sobre el tránsito. Los sucesivos cambios en una rasante no coordinados con la curvatura horizontal pueden dar lugar a la indeseable condición de una serie de obstáculos visuales para el conductor.  Una fuerte curvatura horizontal no debería introducirse en o cerca de la cima de una pronunciada curva vertical convexa. Esta condición es indeseable debido a que el conductor no pueda percibir el cambio en el alineamiento horizontal, especialmente de noche. Las desventajas de esta disposición se evitan si la curvatura horizontal precede a la curvatura vertical (es decir, la curva horizontal más larga que la curva vertical). Los diseños adecuados también se pueden desarrollar mediante el uso de valores de diseño muy por encima de los valores mínimos adecuados para la velocidad directriz.

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3-146 

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Algo relacionado con la guía anterior, la curvatura horizontal fuerte no debe introducirse en la parte inferior de una fuerte bajada que se acerca al punto más bajo de una curva vertical cóncava pronunciada. Debido al escorzo de la vista del camino, cualquier curvatura horizontal que no sea una curva muy abierta asume una apariencia distorsionada indeseable. Además, las velocidades del vehículo, en particular para camiones, son a menudo elevados en la parte inferior de las pendientes, y pueden resultar operaciones erráticas y choques, especialmente durante la noche. En los caminos de dos carriles, la necesidad de secciones de adelantamiento a intervalos frecuentes sustituye a las guías generales para coordinar los alineamientos horizontal y vertical. En tales casos, es adecuado trabajar hacia largas secciones rectas, para asegurar suficiente distancia visual de adelantamiento. En las intersecciones, las curvaturas horizontal y vertical deben ser tan abiertas como fuere práctico para obtener adecuadas distancias visuales a lo largo de cualquiera de los ramales para desacelerar, detenerse, o tomar decisiones con seguridad. En los caminos divididos, la variación de la anchura de la mediana y el uso de rasantes y alineamientos horizontales independientes de cada calzada son a veces deseables; cuando el tránsito justifica la provisión de cuatro carriles, generalmente el resultado de estas prácticas es un diseño superior sin costo adicional. En las zonas residenciales, el alineamiento debe diseñarse para minimizar molestias a la vecindad. Por lo general, un camino en trinchera es menos visible y ruidoso. A veces, con pequeños ajustes horizontales se puede aumentar la zona de amortiguamiento del ruido entre el camino y los hogares. El alineamiento debe diseñarse para mejorar la atracción de las vistas panorámicas del entorno natural y artificial, tales como ríos, formaciones rocosas, parques y estructuras relevantes. El camino deben dirigirse hacia, y no fuera de, las vistas bellas, y sobre los puntos de interés en una cota más baja, y debe elevarse hacia la característica mejor vista desde abajo, o en silueta contra el cielo.

3.5.3

Coordinación de alineamientos

La coordinación de los alineamientos horizontal y vertical no debe librarse al azar; debe comenzar con el diseño preliminar, en el que se pueden hacer fácilmente ajustes oportunos. Aunque para todos los caminos no se puede afirmar un orden específico de estudio, un procedimiento general aplicable a la mayoría se describe a continuación. El proyectista debe utilizar dibujos de trabajo de tamaño, escala, y disposición tales para que pueda estudiar largas y continuas secciones del camino en proyecto, en planta, perfil, secciones transversales, y visualizar el todo en tres dimensiones. Los croquis y dibujos de trabajo debe ser de pequeña escala, y el proyectista debería esbozar la rasante tentativa conjuntamente con la planta. Para ayudar en esta visualización hay disponibles programas para las computadoras personales que permiten a los proyectistas ver en tres dimensiones los alineamientos verticales y horizontales propuestos.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-147

Después de un estudio preliminar de los alineamientos horizontal y vertical, los ajustes en cualquiera de los dos, o ambos, pueden hacerse en conjunto para obtener la coordinación deseada. En esta etapa, el proyectista no debe preocuparse por los cálculos de líneas que no sean conocidos controles principales. El estudio debe hacerse en gran parte sobre la base de un análisis gráfico o un programa de PC. El proyectista debe mantener en su mente los criterios y elementos de diseño cubiertos en este capítulo y en el anterior. Para la velocidad directriz seleccionada, los valores de control de la curvatura, pendiente, distancia visual, y longitud del desarrollo del peralte deben obtenerse y comprobarse gráficamente o con una PC o sistema CADD. La velocidad directriz puede tener que examinarse a lo largo de algunas secciones, para ajustarla a posibles variaciones de las velocidades de operación. Esta necesidad puede resultar en cambios notables de las características del alineamiento, necesarios para acomodarlo a singularidades inusuales del terreno, o controles de la zona de camino. Además, deben considerarse los controles generales de diseño enumerados por separado para los alineamientos horizontal, vertical, y su combinación. Deben considerarse todos los aspectos del terreno, operaciones de tránsito, y apariencia; y las líneas horizontales y verticales deben ajustarse y coordinarse antes de los costosos cálculos que requieren tiempo, e iniciar la preparación de los planos de construcción en escala grande. Generalmente, desde el punto de vista de la apariencia, los alineamientos horizontal y vertical se pueden coordinar visualmente en los dibujos preliminares, o con la ayuda de programas de PC desarrollados para este propósito. En general, tales métodos resultan en un producto satisfactorio cuando los aplica un proyectista experimentado. Esta forma de análisis puede complementarse con modelos, bocetos o imágenes proyectadas por una PC en lugares donde la aparición de ciertas combinaciones de línea y grosor es poco clara. En los caminos con cordones cuneta deben analizarse los efectos de la transición del peralte sobre los perfiles de las líneas de desagüe. Esto puede ser particularmente importante donde las pendientes sean muy planas, y puedan resultar depresiones locales. A veces, pequeños cambios en la rasante en relación con las curvas horizontales pueden eliminar este problema. Obviamente, los procedimientos descritos deben modificarse al diseñar los típicos caminos locales o calles, cuyos alineamientos se rigen por el desarrollo existente o probable futuro a lo largo de ellos. Las intersecciones y la ubicación de las calzadas son controles dominantes. No se deben pasar por alto las características más generales deseables descritas anteriormente. Incluso para el diseño de calles, es deseable trabajar un largo u fluyente alineamiento y secciones de perfil en lugar de una serie conectada de secciones bloque-a-bloque. Algunos ejemplos de buenas y malas prácticas se ilustran en la Figura 3-46.

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3-148

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Figura 3-46. Relaciones de alineamiento y rasante en el diseño de caminos (41)

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-149

Figura 3-46. Relaciones de alineamiento y rasante en el diseño de caminos (continuación)

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3-150

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Figura 3-46. Relaciones de alineamiento y rasante en el diseño de caminos (continuación) (*) NdT: Conceptualmente igual a las versiones anteriores de los Libros Verdes

3.6

OTRAS CARACTERISTICAS QUE AFECTAN AL DISEÑO GEOMÉTRICO (*)

Además de los elementos de diseño discutidos anteriormente, varias otras características afectan o se ven afectadas por el diseño geométrico de un camino; cada una se analiza aquí en la medida necesaria como para mostrar su relación con el diseño geométrico y la forma en que, a su vez, se vea afectada. El diseño detallado de estas características no se describe aquí. 3.6.1

Control de la erosión y desarrollo paisajista

La prevención de la erosión es uno de los principales factores en el diseño, construcción y mantenimiento vial. Se debe considerar temprano en el trazado y demás etapas de diseño. Un cierto grado de control de la erosión se puede incorporar en el diseño geométrico, en particular en los elementos de sección transversal. Por supuesto, la aplicación más directa de control de la erosión se produce en el diseño del drenaje y en la redacción de especificaciones para paisajismo y ajardinamiento de taludes. (*) NdT: En relación con Libro Verde Edición 5ª 2004: omisión de las características Drenaje y Barreras antirruido. En la Ed. 5ª ya se había omitido Alambrados, de la Ed. 4ª 2001

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-151

La erosión y mantenimiento se minimizan en gran medida mediante el uso de características específicas de diseño: taludes laterales tendidos, redondeados y mezclados con el terreno natural, taludes de corte escalonados, canales de drenaje diseñadas teniendo en cuenta la anchura, profundidad, pendientes, alineamiento y tratamientos de protección; sumideros ubicados y espaciados con el control de erosión en la mente, prevención de la erosión en las salidas de alcantarillas, instalaciones adecuadas para interceptar las aguas subterráneas, diques, bermas y otros dispositivos de protección para atrapar sedimentos en lugares estratégicos, y cubiertas de protección del suelo y siembra. En la medida de lo posible, estas características deben diseñarse y ubicarse como para minimizar la gravedad del choque potencial de vehículos salidos accidentalmente desde la calzada. El desarrollo del paisaje debe estar en consonancia con el carácter del camino y de su entorno. Los programas incluyen las siguientes zonas generales de mejoramiento: (1) preservación de la vegetación existente, (2) trasplante de la vegetación existente donde fuere práctico, (3) plantación de vegetación nueva, (4) limpieza y aclaramiento selectivo, y (5) regeneración de especies y materiales naturales. Los objetivos de la plantación o retención y conservación del crecimiento natural en los caminos están estrechamente relacionados; en esencia, constituyen la vegetación que (1) ayudará a la estética, (2) ayudará a reducir los costos de construcción y mantenimiento, y (3) creará interés, utilidad y belleza por el placer y la satisfacción de los pasajeros sin aumentar el potencial de gravedad de choques de los vehículos salidos accidentalmente desde la calzada. El paisajismo de los caminos y calles tiene una importancia adicional en mitigar las molestias asociadas con el tránsito urbano; puede reducir esta contribución al deterioro urbano, y hacer los caminos y calles urbanas mejores vecinos. Para más información sobre el desarrollo del paisaje y control de erosión, consultar la Guía AASHTO sobre Diseño paisajista y medioambiental del transporte (/). 3.6.2

Zonas de descanso, centros de información y miradores escénicos

Las zonas de descanso, centros de información y miradores escénicos son elementos funcionales y deseables de los caminos, y se dan para reducir la fatiga del conductor y para conveniencia de los usuarios del camino. Un área de descanso segura es un área al costado del camino, con plazas de estacionamiento separadas de la calzada, provista para los viajeros que paran y descansan por períodos cortos. El área puede dar agua potable, baños, mesas y bancos, teléfonos, pantallas de información, y otras instalaciones para los viajeros. Un área de descanso no está destinada a ser utilizado para reuniones sociales o cívicas o para tales formas activas de recreación como paseos en bote, natación o juegos organizados. Un centro de información es una instalación con personal o sin personal en un área de descanso para informar sobre viajes o servicios para los viajeros. Un mirador escénico es un área al costado del camino provista a los viajeros para estacionar sus vehículos más allá de la banquina, primariamente para disfrutar de una vista escénica o tomar fotos desde lugares retirados del tránsito directo. No es necesario que den servicios de comodidad y conveniencia.

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3-152

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles

La selección del lugar para zonas de descanso, centros de información, y miradores escénicos debe considerar la calidad paisajística de la zona, accesibilidad, adaptabilidad y desarrollo. Otras consideraciones esenciales son una fuente adecuada de agua y un medio para tratar y/o deshacerse de las aguas residuales. Los planos del lugar deben desarrollarse a través de la utilización de un proceso de planificación integral que debe incluir la ubicación de ramas, zonas de estacionamiento para autos y camiones, edificios, zonas de picnic, suministro de agua, instalaciones de tratamiento de aguas residuales, y zonas de mantenimiento. El objetivo es dar peso máximo a la adecuación del lugar, más que la adhesión a distancias o tiempos uniformes de viaje entre los lugares. Las instalaciones deben diseñarse para adaptarlas a las necesidades de los ancianos y discapacitados. Más información en la Guía AASHTO para desarrollar zonas de descanso en arterias principales y autopistas (2). 3.6.3

Iluminación

Iluminación puede reducir los accidentes nocturnos en un camino o calle y mejorar la facilidad y comodidad de la misma operación. Las estadísticas indican que los índices de accidentes nocturnos son más altos que los diurnos. En gran medida, esto puede atribuirse a la reducción de la visibilidad nocturna. Hay pruebas de que en las zonas urbanas y suburbanas, donde haya concentraciones de peatones e interferencias de caminos interseccionales, las fuentes fijas de iluminación tienden a reducir los accidentes. Iluminación de caminos rurales puede ser deseable, pero su necesidad es mucho menor que en calles y caminos urbanos. El consenso general es que la iluminación de los caminos rurales rara vez se justifica, salvo en ciertas zonas críticas, tales como distribuidores, intersecciones a nivel, cruces de ferrocarril, puentes angostos o largos, túneles, curvas cerradas, y zonas donde haya interferencias en el camino. Los caminos rurales más modernos deben diseñarse con una sección transversal abierta, y los alineamientos horizontal y vertical deben ser de alto tipo. En consecuencia, dan oportunidad para el uso casi pleno de los faros del vehículo, lo que reduce la justificación de iluminación fija. En las autopistas donde no haya peatones, accesos laterales, u otras intersecciones a nivel, y donde la zona de camino sea relativamente ancha, la justificación de iluminación difiere de la de los caminos y calles sin control de acceso. La Guía AASHTO Roadway Lighting Design (4) ayuda a seleccionar los sectores de autopistas, caminos y calles que puedan justificar fuentes fijas de iluminación, y los valores de diseño correspondientes; también guía sobre el alumbrado de túneles y pasos inferiores. Fuentes primarias de información:  Engineering Society of North America (IESNA) publicaciones, incluyendo ANSI/IESNA RP-8. American National Standard Practice para Iluminación Vial (56),  ANSI/IESNA RP-22. American National Standard Practice para iluminar túneles (57);  IESNA DG-19. Guía de diseño para iluminar rotondas (58), y  IESNA DG-23. Guía de diseño para iluminar playas de peaje (59).

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

3-153

Si las intersecciones a nivel rurales deben iluminarse o no depende del trazado y de los volúmenes de tránsito en cuestión. Frecuentemente las intersecciones no canalizadas no se iluminan. Las intersecciones con canalización sustancial, en particular trazados multirramales y los diseñados en amplia escala, a menudo se iluminan. Es especialmente deseable iluminar las intersecciones canalizadas a gran escala y las rotondas. Debido a las curvaturas agudas, poco de tales intersecciones está en el alcance lateral de los faros, y los faros de otros vehículos son un obstáculo más que una ayuda debido a la variedad de direcciones, sentidos y movimientos de giro. Existe la necesidad de reducir la velocidad de vehículos que se aproximan a algunas intersecciones. La indicación de esta necesidad debería ser definida y visible a una distancia desde la intersección que esté más allá del alcance de los faros. Iluminación de la intersección con fuente de iluminación cumple esto. En los distribuidores también es deseable, y a veces esencial, dar una fuente fija de iluminación. Los conductores deben ser capaces de ver el camino por delante y la zona de la plataforma completa de giro para discernir correctamente el camino a seguir. También deben ver el resto de los vehículos que pueden influir en su comportamiento. Sin iluminación, puede haber una disminución notable de la utilidad del distribuidor de noche, habría más coches lentificando y moviéndose erráticamente durante la noche que durante el día. Debería considerarse la posibilidad de mejorar la visibilidad en la noche con iluminación vial (o dispositivos reflectantes) de las partes de estructuras a desnivel que particularmente deban evitar los automovilistas, tales como cordones, estribos y pilas. Cuanto mayor sea el volumen de tránsito, especialmente el de giro, más importante se vuelve la iluminación de fuente fija de los distribuidores. La iluminación también debe considerarse en las secciones de los caminos arteriales principales haya movimientos de giro hacia y desde desarrollos laterales. La iluminación vial puede ser deseable en los pasos a nivel ferroviarios donde haya movimiento nocturno de trenes. En algunos casos, estos tratamientos también pueden aplicarse a cruces operados con señales intermitentes, o barreras automáticas, o de ambos. Los túneles, playas de peaje y puentes móviles son casi siempre iluminados, como son los puentes de longitud considerable en zonas urbanas y suburbanas. Es cuestionable si el costo de iluminar los puentes largos en las zonas rurales es justificado o deseable. Para minimizar el efecto de deslumbramiento y dar la iluminación más económica, las luminarias se montan a una altura de al menos 9 m. La uniformidad de la iluminación se mejora con mayores alturas de montaje, y en la mayoría de los casos, la altura de montaje de 10 a 15 m es preferible. La iluminación con mástiles altos -luminarias en mástiles de 30 m o másse utiliza para iluminar grandes zonas, tales como distribuidores viales y zonas de descanso. Esta iluminación da una distribución uniforme de la luz sobre toda la superficie y puede guiar el alineamiento. Sin embargo, tiene el inconveniente de aumentar el impacto visual sobre la comunidad circundante de la mayor luz dispersada.

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Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles

Siempre que fuere práctico, los soportes de las luminarias (postes) deben colocarse fuera de las zonas despejadas al costado de la calzada. Las dimensiones adecuadas de las zonas despejadas para las varias clasificaciones funcionales de caminos se encuentran en la Sección 4.6. Donde los postes se ubiquen en la zona de otra forma despejada, independientemente de las distancias desde la calzada, deben diseñarse como para tener una adecuada característica de atenuación de impacto; normalmente se utiliza un diseño de rotura controlada. Los postes rompibles no deben utilizarse en calles de zonas densamente desarrolladas, sobre todo con veredas. Al recibir un golpe, estos postes podrían interferir con los peatones y causar daños a los edificios adyacentes. Debido a las velocidades más bajas y a los vehículos estacionados, hay mucha menos probabilidad de lesiones a los ocupantes del vehículo por golpear postes fijos en una calle, en comparación con un camino. Los postes no deberían montarse en el exterior de las curvas de ramas, donde son más susceptibles a ser golpeados. Los postes ubicados detrás de barreras longitudinales (instaladas para otros fines) deben retirarse suficientemente como para permitir la deflexión de las barreras longitudinales bajo impacto. En un camino dividido los soportes de luminarias pueden ubicarse en la mediana o en el lado derecho del camino. Generalmente, cuando los soportes de luminarias se encuentran en el lado derecho de la calzada, la fuente de luz está más cerca de los carriles de tránsito más utilizados. Sin embargo, con la instalación en la mediana el costo es generalmente menor, y la iluminación es mayor en los carriles de alta velocidad. Para las instalaciones de mediana se deben utilizar mástiles de dos brazos montados a unos 12 a 15 m de altura; consultar la Guía AASHTO Diseño de costado de calzada (8). Donde se prevea una futura iluminación de puede obtener un ahorro considerable mediante el diseño e instalación de los conductos necesarios como parte de la construcción inicial. La iluminación de autopistas está directamente asociada con el tipo y ubicación de las viales. Para una eficacia plena, las dos deben ser diseñarse de forma conjunta. 3.6.4

Servicios públicos

Generalmente, los mejoramientos de los caminos y calles en zona de camino existente o nueva implican ajustes de las instalaciones de servicios públicos, los cuales suelen tener poco efecto en el diseño geométrico vial. Sin embargo, debe darse plena consideración a las medidas necesarias para preservar y proteger la integridad y calidad visual del camino o calle, la eficiencia del mantenimiento y la seguridad del tránsito. Los costos de los ajustes de servicios públicos varían considerablemente debido al gran número de empresas, tipo y complejidad de la instalación, y grado de compromiso con el mejoramiento. Según la ubicación de un proyecto, los servicios públicos involucrados podrían incluir: (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

alcantarillado sanitario, las líneas de suministro de agua, oleoductos de productos de petróleo, gas y petróleo, líneas aéreas y subterráneas, eléctricas, de comunicaciones (fibra óptica), televisión por cable; torres de comunicaciones inalámbricas, líneas de drenaje de riego; red de calefacción, y túneles especiales para conexiones.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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General Las líneas de servicios públicos deben ubicarse como para minimizar la necesidad de un ajuste posterior, dar cabida al futuro mejoramiento de camino o calle, y permitir la prestación de servicios de las líneas sin interferir al tránsito. Las instalaciones longitudinales deben ubicarse en alineamientos uniformes, lo más cerca posible de la línea límite de la zona de camino para no interferir con las operaciones de tránsito y preservar el espacio para futuros mejoramientos del camino o de otras instalaciones de servicios públicos. Los servicios públicos subterráneos deben colocarse para permitir que los servicios arriba del terreno estén tan cerca de la línea de zona de camino como fuere práctico. Los servicios públicos a lo largo de las autopistas deben construirse para ser atendidos desde afuera de las líneas de acceso controlado. De ser posible, los cruces de líneas de servicios públicos deben ser perpendiculares al alineamiento del camino. Los cruces de servicios públicos de mantenimiento frecuente deben instalarse en túneles para mantener sin interrumpir al tránsito. La ubicación horizontal y vertical de las líneas de servicios públicos en la zona de camino debe ajustarse a las políticas de zona despejada aplicables para el sistema, tipo de camino o calle, y condiciones específicas de la sección particular implicada, y deben diseñarse para que no haya obstáculos en el camino. La dimensión de zona despejada a mantener se trata en la Sección 4.6. A veces, la unión de las instalaciones de servicios públicos a las estructuras viales, tales como puentes, es una medida práctica, pero es preferible evitarla si pueden ubicarse en otra parte. En las instalaciones nuevas, o ajustes de las existentes, conviene prever las expansiones de los servicios públicos, particularmente subterráneos o adjuntos a puentes. Todas las instalaciones de servicios públicos en, sobre o bajo la zona de camino y anexas a estructuras deben el camino o calle de la derecha de vía y las estructuras anexas deben ser de materiales duraderos, diseñados para servicio de larga expectativa de vida, relativamente libres de mantenimiento rutinario y mantenimiento, y cumplir o exceder los códigos o especificaciones de calidad aplicables de la industria. Los servicios públicos que se cruzan u ocupan la zona de camino de autopistas urbanas o rurales deben ajustarse a la política de AASHTO (6), y los caminos sin control de acceso a la correspondiente política de AASHTO (5). Rural En las construcciones nuevas no debe ubicarse ningún servicio público debajo de la plataforma, excepto los cruces subterráneos. Normalmente no se ubican postes en la mediana de caminos divididos. Los postes eléctricos, tomas de ventilación y otros accesorios sobre el suelo que puedan ser golpeados por vehículos salidos desde la calzada no deben ubicarse en la zona despejada lateral, Sección 4.6.1. La Guía AASHTO (8) trata los anchos de zona despejada y puede utilizarse como referencia para determinar las anchuras para autopistas, arterias rurales, y colectores rurales de alta velocidad. Para los colectores rurales de baja velocidad y caminos vecinales, a excepción de caminos locales TMD < 400, es deseable una anchura mínima de zona despejada de 2 a 3 m.

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Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles

Urbano Debido a restricciones de espacio, en la mayoría de las zonas metropolitanas debe prestarse especial atención en el diseño inicial a la posibilidad del uso conjunto de la zona de camino, coherente con la función principal del camino o calle. Los accesorios de las instalaciones subterráneas, como las rejillas de ventilación, desagües, marcadores, bocas de acceso y dispositivos de cierre, deben ubicarse de forma tal que no obstaculicen el camino, no interfieran las actividades de mantenimiento del camino, y no queden ocultos por la vegetación. Preferiblemente deben estar ubicados cerca de la línea límite de zona de camino. En las secciones con cordones los servicios públicos deben ubicarse en las inmediaciones de los bordes de la zona de camino, entre el cordón y la vereda, por lo menos 0.5 m detrás de la cara del cordón y, donde sea posible, los servicios públicos por encima del suelo deben estar detrás de la vereda. Donde se dan banquinas en lugar de cordones debe darse una zona despejada en consonancia con las condiciones de la zona. El desarrollo y limitados anchos de zona de camino pueden impedir ubicar algunas o todas las instalaciones de servicios públicos fuera de la calzada de la calle o camino. En algunas condiciones, puede ser adecuado reservar el área fuera de la calzada exclusivamente para el uso de líneas aéreas con todos los otros servicios públicos situadas bajo la calzada y, en algunos casos puede ser adecuado ubicar todas las instalaciones bajo la calzada. La ubicación de los servicios públicos bajo la calzada es una excepción a la política establecida, y como tales necesitan consideración y tratamiento especiales; debe realizarse de manera que tenga un efecto adverso mínimo sobre el tránsito. 3.6.5

Dispositivos de control de tránsito

Señales, marcas de pavimento y semáforos Las señales, marcas de pavimento y semáforos están directamente relacionadas con y complementan al diseño vial. Son características críticas de control de tránsito y operación que el proyectista considera en el diseño geométrico. Los dispositivos de control de tránsito deben diseñarse junto con la geometría. El potencial de la eficiencia operativa futura puede ser significativamente mayor si las señales, marcas y semáforos se tratan como una parte integral del diseño. La medida en que se utilizan los dispositivos de control de tránsito depende del volumen de tránsito, tipo de camino y grado de control de tránsito adecuado para una operación segura y eficiente. En general los caminos arteriales son las rutas numeradas de tipo bastante alto, y tienen volúmenes de tránsito relativamente altos. En los caminos rurales, tales señales y marcas se emplean ampliamente, y los semáforos se emplean a menudo en zonas urbanas. Los caminos colectores y locales suelen tener menores volúmenes y velocidades; por lo general necesitan menos dispositivos de control de tránsito. El diseño geométrico debe complementarse con señalización efectiva, marcas y semáforos como medio de información, advertencia y control de los usuarios durante las 24 horas del día, y bajo variedad de condiciones ambientales. Los planos de señalización, marcación y semáforos deben coordinarse con los alineamientos horizontal y vertical, las obstrucciones a las distancias visuales y las velocidades y maniobras operacionales, y otros elementos, antes de completar el diseño. Para conocer los requisitos y guías de diseño consultar el MUTCD (22).

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Los semáforos para vehículos, peatones y bicicletas son dispositivos que controlan los movimientos de cruce o convergencia, asignando el derecho de paso a los diversos movimientos en ciertos intervalos de tiempo. Se trata de uno de los elementos clave en la función de muchas calles de la ciudad y algunas intersecciones rurales. El diseño de semáforos previsto y la operación en cada intersección deben integrarse con las características del diseño geométrico, para dar una eficiencia operativa óptima. Se debe considerar cuidadosamente el diseño de intersecciones y acceso, curvaturas horizontales y verticales, con respecto a la visibilidad de los semáforos de peatones y ciclistas (incluyendo las necesidades de paso y espera de los peatones discapacitados), y el diseño geométrico para la operación eficaz del semáforo, incluyendo fases, tiempo, y coordinación. Además de la instalación inicial, las posibles ubicaciones de semáforos, actuales y futuras, deben considerarse en el proceso de diseño; consultar el MUTCD (22). Dado que los soportes de señales y semáforos pueden ser golpeados por el tránsito, deben montarse sobre estructuras fuera de la deseada zona despejada de obstáculos fijos, o detrás de barreras o detrás de barreras de tránsito colocadas por otras razones. Si estas medidas no son prácticas, los soportes deben ser rompibles o, para señales aéreas y soportes de semáforos, protegerlos con barreras. Las especificaciones correspondientes de AASHTO (3) establecen los criterios para soportes rompibles. Los soportes no deben colocarse de tal manera que restrinjan la circulación de peatones por las veredas adyacentes. Los soportes en las veredas pueden afectar gravemente a los peatones con discapacidad visual, y obstaculizan el movimiento peatonal. Consultar la Sección 4.17. El número y disposición de carriles son clave para la operación eficiente de las intersecciones semaforizadas. Normalmente, las distancias de cruce para vehículos y peatones deben ser lo más cortas posible para reducir la exposición a los movimientos en conflicto. El primer paso al desarrollar diseños geométricos de intersecciones debe ser un análisis completo de la demanda de tránsito actual y futuro, incluyendo peatones, ciclistas y usuarios del transporte público. La necesidad de carriles de giro a derecha e izquierda para minimizar la interferencia entre movimientos directos y de giro debe evaluarse junto con la posible necesidad de obtener ancho de zona de camino adicional. A lo largo de un camino o calle con intersecciones semaforizadas, los lugares con o sin giros permitidos deben examinarse para obtener una coordinación óptima de los semáforos. Sistemas de transporte inteligentes (*) El uso de los Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS) en los sistemas de caminos y calles sigue creciendo en cobertura y diversidad de tecnología y aplicaciones. En las zonas urbanas, las tradicionales aplicaciones de ITS tales como semáforos y sistemas avanzados más complejos de gestión del tránsito (ATMS) y sistemas avanzados de Información para viajeros (ATIS) están creciendo en uso y complejidad. Todos estos sistemas están aumentando el número de dispositivos en los caminos arteriales, y a veces colectores. Incluyen cámaras de circuito cerrado de televisión, detectores de velocidad y densidad del tránsito, señales de mensajes dinámicos, semáforos de control de ramas, de prioridad del transporte público, y otros tipos de dispositivos avanzados de control y gestión. La infraestructura del sistema de comunicaciones que conecta, controla y supervisa estos sistemas es un elemento que debe considerarse en el diseño geométrico.

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Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles

El proyectista debe identificar las aplicaciones existentes y previstas de tecnología ITS y sus elementos de apoyo en la red de caminos y calles, para crear diseños geométricos que permitan su operación eficaz y colocación física adecuada. La mayoría de los organismos viales desarrollaron dispositivos y especificaciones que pueden utilizarse en el diseño. (*) NdT: Característica nueva en el Libro Verde 2011.

3.6.6

Planos de administración del tránsito durante la construcción

El mantenimiento del tránsito durante la construcción debe ser cuidadosamente planeado y ejecutado (21). Aunque es mejor dar desvíos, suelen ser impracticables y el flujo de tránsito se mantiene a través del área de construcción. A veces se cierran las vías de circulación, se cambian o invaden para emprender la construcción. Cuando esto ocurre, los diseños para controlar el tránsito deben minimizar los efectos sobre las operaciones de tránsito, reduciendo al mínimo la frecuencia o la longitud de la interferencia con el flujo de tránsito normal. El desarrollo de planes/planos de control de tránsito es una parte esencial del diseño general del proyecto, y puede afectar el diseño de la propia instalación. El plan de control de tránsito depende de la naturaleza y alcance del mejoramiento, el volumen del patrón de tránsito, y las capacidades disponibles de los caminos o calles. Un plan bien pensado y desarrollado cuidadosamente para la circulación de tránsito a través de una zona de trabajo contribuirá significativamente al flujo seguro y eficiente, y al potencial de reducción de daño al personal y equipamiento de la construcción. Es deseable que tales planes tengan cierta flexibilidad incorporada para adaptarse a los cambios imprevistos en horario de trabajo, retrasos, o patrones de tránsito. El objetivo de cualquier plan de control de tránsito debe ser orientar eficazmente al vehículo, bicicleta y peatón, incluidas las personas discapacitadas, a través o alrededor de las zonas de construcción. Debe darse acceso seguro a los trabajadores a la zona de la construcción. El plan de control de tránsito debe incorporar las geometrías y dispositivos de control de tránsito lo más similares posible a los de las situaciones normales de operación, y dar espacio al contratista para trabajar con eficacia. Las políticas para uso y aplicación de señales y otros dispositivos de control de tránsito durante la construcción se establecen en el MUTCD (22), cuyos principios deben aplicarse y planear el particular tipo de trabajo. Debe darse preaviso adecuado y suficiente información de seguimiento a los conductores, para prepararlos a las condiciones de servicio modificadas en las zonas de construcción. La distancia a que las señales informativas deben situarse antes de la zona de trabajo varía con la velocidad de la instalación afectada. El tamaño de las señales puede variar según la necesidad de una mayor legibilidad y énfasis, o tipo de camino. Frecuentemente las operaciones de construcción crean la necesidad de ajustes en los patrones de tránsito, incluyendo cambios de carril. La longitud del ahusamiento mínimo para las transiciones de carril en las zonas de construcción puede calcularse con las fórmulas del MUTCD (22), en el cual se ilustran diversas configuraciones para aplicar en los planos de control del tránsito,

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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Donde fuere práctico deberían evitarse los banderilleros u otro medio para interrumpir la circulación del tránsito. Los diseños que dan movimiento constante alrededor de una obstrucción en la calzada, incluso si es lento, son más aceptable y menos irritantes para los conductores, que los diseños que requieren detenciones. Cuando se programen operaciones de construcción junto al paso del tránsito, en los planos de control de tránsito debe incluirse una zona despejada entre el espacio de trabajo y el tránsito que pasa. Bajo ciertas condiciones podría justificarse una barrera. Las consideraciones operacionales para diseñar un desvío son la velocidad, capacidad, distancia recorrida, y un reducido potencial de accidentes. La velocidad de un desvío puede ser menor que la del camino a mejorar, pero suficientemente alta como para no afectar la capacidad. Cuando un camino o calle existente se usa como desvío, habrá volúmenes mayores y puede ser adecuado aumentar de antemano la capacidad de tal ruta. En general la capacidad se incrementa al eliminar problemáticos movimientos de giro, cambiar itinerarios de vehículos de transporte público y camiones, prohibir estacionamiento, adoptar y aplicar una prohibición de carga/descarga durante las horas pico, eliminar o ajustar ciertas paradas del transporte público, coordinar los semáforos, y a veces ensanchar físicamente la calzada. Un medio eficaz de aumentar la capacidad es mediante la institución de un sistema de desvío de un solo sentido, junto con restricciones de estacionamiento. Un plan de desvío se comprueba mediante la comparación de los volúmenes de tránsito esperados con la capacidad calculada del desvío. Debe iluminarse y delinearse bien el camino cerca de los puntos de acceso al espacio de construcción. Debe canalizarse el tránsito mediante señales de postes rompibles o flexibles, marcas de pavimento, y barricadas. A menudo, las zonas de construcción, desvíos, y conexiones temporales incluyen características geométricas y entornos que pueden requerir más cuidado y alerta que en el camino normal. Los cuidados en el diseño de estas zonas, uso de delineación y dispositivos de advertencia, y establecimiento de zonas para las operaciones del contratista son convenientes para reducir la posibilidad de accidentes que involucren a los conductores y a los trabajadores.

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Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles

Los elementos que deben considerarse al desarrollar planes de control de tránsito son:  Alineamientos y desvíos para permitir que el tránsito pase sin problemas alrededor de las zonas de trabajo. La superficie de la calzada en la zona de construcción o en un desvío se debe mantener en una condición tal que permita el movimiento efectivo del tránsito a una velocidad razonable. Deben considerarse los efectos del tránsito desviado en otros caminos, calles e intersecciones.  Adecuados abocinamientos en pérdidas de carril o donde el tránsito se desvíe lateralmente. Los valores adecuados para longitudes de abocinamiento se encuentran en el MUTCD (22).  En las zonas urbanas, disposiciones de desvío para todos los flujos peatonales existentes. Las trayectorias de los desvíos seleccionados deben incluir pasos peatonales con rampas de cordón, ancho adecuado, suave superficie de rodadura, señalización y, donde fuere apropiado, barricadas para dar espacio protegido a personas discapacitadas.  Adecuados dispositivos de control de tránsito y marcas en el pavimento de eficaz comportamiento diurno y nocturno, incluyendo la especificación de materiales de señalización temporales que se puedan quitar cuando cambien los patrones de los carriles de tránsito.  Iluminación vial y luces de advertencia donde se justifiquen. Luces fijas para delinear una trayectoria directa continua a través o alrededor de una zona de trabajo. El corto tiempo de encendido de las luces destellantes no permite a los conductores enfocar la luz. El uso de tales luces debe limitarse a marcar un único objeto o condición, marcar el inicio de una sección utilizando luces permanentes y señales de control de tránsito.  Ubicar conos, delineadores, tambores, barreras, o barricadas para canalizar el tránsito cuando existan condiciones especiales no mostradas en los planos.  Políticas relativas a eliminar señales y marcas de obra cuando ya no fueren necesarias, si no está previsto en las especificaciones.  Salvo en circunstancias atenuantes, retiro completo del equipo del contratista fuera de caminos, medianas, y banquinas por la noche, fines de semana, y siempre que no esté en operación. En los casos en que esta eliminación no fuere práctica debe especificarse señalización adecuada, iluminación, vallas, barreras y dispositivos similares para proteger a los conductores de choques contra el equipo. No debe permitirse el almacenamiento de materiales peligrosos en caminos, medianas o banquinas cerca del flujo de tránsito.  Limitación en los planos o especificaciones sobre el estacionamiento de vehículos privados de los empleados en zonas del proyecto que puedan interferir con los trabajadores o con el tránsito directo.

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Capítulo 3 – Elementos del Diseño

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61. 62. 63. 64. 65. 66.

67. 68.

Libro Verde AASHTO 2011 - Diseño geométrico de caminos y calles Schwender, H. C., 0. K. Nermann and J. O. Granum. New Method of Capacity Determination for Rural Roads in Mountainous Terrain. In Highway Research Board Bulletin 167. Highway Research Board, Washington, DC, 1957, pp. 10-37. Shortt, W. H. A Practical Method for Improvement of Existing Railroad Curves. Proceedings Institution of Civil Engineering, Vol. 76. Institution of Civil Engineering, London, UK, 1909, pp. 97-208. SHRP. Design Guidelines for the Control of Blowing and Drifting Snow. Strategic Highway Research Program, National Research Council, 1994. Smith, B. L. and Lamm, R. Coordination of Horizontal and Vertical Alignment with Regard to Highway Aesthetics. In Transportation Research Record 1445. TRB, National Research Council, Washington DC, 1994. Standard Practice Committee of the IESNA Roadway Lighting Committee. American Standard Practice for Roadway Lighting. ANSI/EISNA RP-8-00. Illuminating Engineering Society of North America, New York, NY, 2000 or most current edition. Standard Practice Committee of the IESNA Roadway Lighting Committee. American Standard Practice for Tunnel Lighting. ANSI/IESNA RP-22-05. Illuminating Engineering Society of North America New York, NY, 2005 or most current edition. Standard Practice Committee of the IESNA Roadway Lighting Committee. Design Guide for Roundabout Lighting. ANSI/IESNA DG-19-08. Illuminating Engineering Society of North America, New York, NY, 2008 or most current edition. Standard Practice Committee of the IESNA Roadway Lighting Committee. Design Guide for Toll Plaza Lighting. ANSI/IESNA DG-23-08. Illuminating Engineering Society of North America, New York, NY, 2008 or most current edition. Stonex, K. A. and C. M. Noble. Curve Design and Tests on the Pennsylvania Turnpike. Proceedings HRB, Vol. 20. Highway Research Board, Washington, DC, 1940. pp. 429-451. Taragin, A. Effect of Length of Grade on Speed of Motor Vehicles. Proceedings HRB, Vol. 25. Highway Research Board, Washington, DC, 1945. pp. 342-353. TRB. Highway Capacity Manual. Transportation Research Board, National Research Council, 2010 or most current edition. Tunnard, C. and B, Pushkarev. Man Made America: Chaos or Control? Yale University Press, New Haven, CT, 1963. USFS. Roads. Chapter 4 in National Forest Landscape Management, Vol. 2. U. S. Forest Service, U.S. Department of Agriculture, March 1977. Walton, C. M. and C. E. Lee. Speed of Vehicles on Grades. Research Report 20-1F. Center for Highway Research, University of Texas at Austin, Austin, TX, August 1975. Western Highway Institute. Offtracking Characteristics of Trucks and Truck Combinations. Research Committee Report No. 3. Western Highway Institute, San Francisco, CA, February 1970. Willey, W. E. Survey of Uphill Speeds of Trucks on Mountain Grades. Proceedings HRB, Vol. 29. Highway Research Board, Washington, DC, 1949. pp. 304-310. Witheford, D. K. National Cooperative Highway Research Program Synthesis of Highway Practice 178: Truck Escape Ramps. NCHRP, Transportation Research Board, Washington, DC, May 1992.

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ANEXO 1T1 – Novedades en Capítulos 1, 2 y 3 del LV

A1T1-1

ANEXO 1T1 – NOVEDADES EN CAPÍTULOS 1, 2 Y 3 DEL LV Capítulo 1 – Funciones del Camino  

Énfasis sobre la consideración del contexto del área del proyecto por parte del diseñador Destaca la flexibilidad de que se dispone para promover la elección de los criterios de diseño: o De acuerdo con el contexto del proyecto o Necesidades y valores de la comunidad o Respecto de limitaciones económicas

Cambio en las Características Funcionales 



Rural: “Los arteriales menores constituyen caminos que deberían proveerse para velocidades de viaje relativamente altas e interferencia mínima mediante el movimiento coherente con el contexto de la zona del proyecto y teniendo en cuenta el rango o variedad de usuarios”. Urbano: “Para instalaciones en la subclase de otros arteriales principales en zonas urbanas, la movilidad suele equilibrarse con la necesidad de dar acceso directo, así como la necesidad de acomodar peatones, ciclistas y usuarios del transporte”.

Diseño Sensible al Contexto   

“El primer paso en el proceso de diseño es definir la función a la que sirve el camino y el contexto de la zona del proyecto”. “... el proyectista debería tener en mente el propósito general al que está destinado a servir la calle o camino, así como el contexto de la zona del proyecto”. “Se espera que los arteriales proporcionen un alto grado de movilidad para viajes más largo. Por lo tanto, deberían dar tan alta velocidad de operación y nivel de servicio como sea práctico en el contexto del área de proyecto”.

Contexto de la zona y Niveles de Desarrollo El contexto de la zona categoriza a un corredor vial por los usos típicos de la tierra y las intensidades de desarrollo en lugar de simplemente “urbano” o “rural”

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A1T1-2

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

Capítulo 2 – Controles y Criterios de Diseño Vehículo de Diseño   

Añadido SU-40 camión unidad simple (3 ejes) Eliminado WB-50 camión semirremolque y sustituido por WB-62 Añadido WB-92B – Doble Montaña Rocosa

Velocidad Directriz 

Selección de la velocidad directriz: “cuando sea posible, para los elementos específicos de diseño debería utilizarse el criterio de valores de diseño por encima del mínimo, sobre todo en caminos de alta velocidad. En los de baja velocidad, usar el criterio de valores de diseño por encima del mínimo puede fomentar viajes a velocidades superiores a la velocidad directriz.”

El Peatón 



Se cambió la velocidad de marcha de peatones para ser compatible con el MUTCD (3.8 km/h, para espacio peatonal (no caminar) y el tiempo total de cruce peatonal sobre la base de 3.3 km/h Referencias añadidas a PROWAG (Public Right-of-Way Accessibility Guidelines, Directrices de Derecho-de-Vía para Accesibilidad Pública)

Operaciones de Tránsito   

Principios para grados aceptables de congestión -contenido eliminado (Referencias al Manual de Capacidad de Caminos TRB) Niveles de Servicio Multimodales en MCC 2010 Consideración para mayores relaciones peso-potencia de camiones y perfil de velocidad de cálculo

Seguridad  

Referencias a “Seguridad” se cambiaron a “frecuencia y gravedad de choque” Recursos de Seguridad actualizados al Manual de Seguridad Vial de AASHTO (HSM), la serie de Informes NCHRP Report 500. y el IHSDM (The Interactive Highway Safety Model, Modelo Interactivo de Seguridad Vial)

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ANEXO 1T1 – Novedades en Capítulos 1, 2 y 3 del LV

A1T1-3

Capítulo 3 – Elementos de Diseño         

Tablas de Distancia Visual de Detención con aclaración si es a nivel, clima húmedo, o en pendiente Distancia Visual de Adelantamiento para Caminos de dos carriles revisada sobre la base del Reporte 605 de NCHRP, coherente con el MUTCD Tratamiento de mayor altura del objeto en el criterio para medir la distancia visual en lugar de tratar su necesidad Tasa de flujo óptima para carril de adelantamiento y agregado de valores de longitud de diseño Agregado de orientación para el diseño de Caminos 2+1. sobre la base del Digesto 275 de NCHRP Método revisado para la “Longitud de la cuña de caída de carril” para que las secciones de carril de adelantamiento sean coherentes con MUTCD Control de diseño para curvas verticales convexas actualizadas sobre la base de la distancia visual de adelantamiento Iluminación – actualizada para ajustarse a la Guía de Iluminación de Caminos de AASHTO y publicaciones IESNA Tratamiento de drenaje, cercos y barreras acústicas trasladado al Capítulo 4

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ANEXO 2T1 – Comparación T1 LVT – C1C2C3 / A10

A2T1-1

ANEXO 2T1 - COMPARACIÓN T1 LVT – C1C2C3 / A10  Como lo hace desde la 4ª Edición del 2001. la 6ª Edición del 2011 sigue proponiendo el poco convincente cálculo de la distancia visual de detención suponiendo fricción longitudinal 0.35 constante, independiente de la velocidad inicial del frenado, y el modelo de cálculo de las longitudes de las curvas verticales convexas adoptando una llamada ‘altura de objeto’ h2 = 0.6 m, en lugar del valor anterior 0.15, con una reducción resultante de K y L del orden de la mitad, en el rango de velocidades entre 80 y 120 km/h en relación con la 3ª Edición de 1994 y anteriores.  En la A10 se siguió adoptando fricción longitudinal variable en función lineal decreciente de la velocidad inicial de frenado, y el h2 no se la consideró ‘altura de objeto’, sino una sensible variable de ajuste para que las longitudes y valores K de las curvas verticales convexas en función de la velocidad directriz resultaran del orden de las experimentadas como razonablemente seguras por la DNV: Operación diurna 0.3 m (abs) / 0.15 m (normal) / 0 m (deseable); Operación nocturna 0.6 m.  Una diferencia importante es la forma de distribuir el peralte entre la condición de fricción lateral nula para la velocidad media de marcha y la condición crítica para casos extremos (radio mínimo absoluto) de peralte práctico máximo y fricción lateral máxima. Mientras DNV 67/80 y el LV desarrollan una objetable transición gradual entre una condición cómoda y segura (fricción lateral nula para la mayoría del tránsito) y otra crítica para casos extremos, en la A10 se extiende el concepto que se atiene a la mayor comodidad y seguridad del tránsito mayoritario hasta el peralte máximo (radio mínimo deseable) y en casos extremos se tolera el rango entre los radios mínimos deseable y absoluto con mantenimiento del peralte práctico máximo y la variación de la fricción hasta su valor máximo para la velocidad directriz.  Otras comparaciones de conceptos y uso de elementos geométricos (visibles) se formulan en anexos al final de los tres tomos en que se dividió la traducción del LV.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-1

ANEXO 3T1 – DISTANCIA VISUAL DE DETENCIÓN

Centro Kiewit Infraestructuras y Transporte http://kiewit.oregonstate.edu/pdf/12-2stopping-sight-distance.pdf

Distancia visual de detención Documento de Trabajo Nº 1 Robert Layton Karen Dixon Kiewit -2012/02 Para el Oregón DOT Salem, OR Abril 2012 Oregón State UNIVERSIDAD 111 Kearney Salón Corvallis, OR 97331 cce.oregonstate.edu

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A4T1-2

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RENUNCIA Este trabajo presenta resultados de investigación y puntos de vista de los autores. En gran medida se basa en información preparada previamente para el Departamento de Transporte de Oregón (ODOT) en el documento de debate 8ª, “Distancia Visual de Detención y Distancias Visuales de Decisiones”, ODOT, del Dr. Robert D. Layton, Centro Kiewit de Infraestructuras y Transporte, Universidad Estatal de Oregón, septiembre de 2004. OBJETIVO GENERAL Este y otros documentos se prepararon para dar antecedentes, mejorar la comprensión, y estimular la discusión entre individuos que representan una variedad de grupos y organismos interesados en los caminos de Oregón. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  

 

Resumir la bibliografía y conocimientos tradicionales en relación con la distancia visual de detención. Resumir la investigación y el estado actual de la técnica sobre los factores y elementos del comportamiento del conductor y las operaciones de tránsito que afectan a la distancia visual de detención. Revisar los criterios actuales de distancia visual de detención en el contexto de la administración de accesos. Identificar cuestiones y problemas con respecto a los apropiados criterios y uso de la distancia visual de detención para la administración de accesos.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas 1

RESUMEN

1.1

Antecedentes

A4T1-3

Incluyendo las intersecciones, la operación segura de todos los caminos requiere considerar tres elementos principales para operaciones viales seguras: conductor, vehículo y camino. Es necesario definir criterios de distancia visual apropiada para comprender y examinar cada uno de estos elementos. Los factores humanos asociados con el rendimiento del conductor deben tener en cuenta las capacidades físicas e influencias psicológicas. El tamaño, peso y capacidad de frenado de los vehículos son de especial importancia para la operación segura y detención de los vehículos. Las características del diseño geométrico vial, los obstáculos a los costados de los caminos, condiciones de la superficie del pavimento y condiciones climáticas afectan la seguridad del camino, y los requerimientos de distancia visual. Cada uno de estos elementos y sus interacciones regulan el desarrollo y especificaciones de los criterios y normas de la distancia visual. Determinar la distancia visual de detención requiere definir y considerar siete variables de diseño: Factores primarios de la distancia visual de detención       

Tiempo de percepción - reacción Altura de los ojos del conductor Altura del objeto Velocidad de operación del vehículo Coeficiente de fricción del pavimento Tasas de desaceleración Pendiente del camino

Un importante estudio sobre distancia visual de detención fue publicada como NCHRP Informe 400, “Determinación de la Distancia Visual de Detención” (1), donde se recomendaron modificaciones a las políticas de los Libros Verdes de AASHTO para las ediciones 4ª-2001, 5ª-2004 y 6ª-2011 (2, 3, 4). La mayoría de los cambios recomendados por el Informe 400 del NCHRP Informe se incluyeron en el Libro Verde 2001. Sin embargo, varios departamentos de transporte estatales (DOT) optaron por retener el criterio de altura de objeto de 15 cm, según los Libros Verdes de ediciones 2ª-1990 y 3ª-1994, en lugar de aceptar el impacto significativo debido al cambio en la altura de los objeto, de 15 cm a 60 cm, para la distancia visual de detención (5,6,7). 1.2

Contenido

Este documento de trabajo resume la bibliografía, normas y conocimiento tradicional sobre la distancia visual de detención. El énfasis principal de esta discusión se pone en el comportamiento del conductor y en las condiciones de la operación de tránsito que influyen en la distancia necesaria para que los conductores detengan o maniobren sus vehículos con seguridad.

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A4T1-4

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

La discusión incluye información extraída de las políticas, normas e investigaciones en curso. Las fuentes principales de las políticas y normas son la Política AASHTO sobre Diseño Geométrico, 1990 Edición (unidades inglesas), 1994 Edición (unidades métricas) y la edición de 2001 (dos unidades), y el Manual de Diseño Vial de Oregón. Las normas y criterios para la distancia visual de detención evolucionaron desde la década de 1920. Los cambios en los tamaños y características de funcionamiento de los vehículos, la experiencia y comportamiento del conductor y la tecnología de camino causan una continua evolución de las políticas y normas de distancia visual. 1.3

Cuestiones

Prácticamente, los criterios de distancia visual repercuten en todos los elementos de diseño vial, en muchos elementos de operación/control y en la puesta en práctica de la administración de acceso. Las características de diseño geométrico del camino, la presencia de obstáculos a los costados y el estado de la superficie del pavimento están conectados con los requerimientos de la distancia visual. La naturaleza de los controles de tránsito y su ubicación deben tener en cuenta los requisitos de distancia visual. A veces, los efectos de las condiciones del flujo de tránsito, tales como las colas de tránsito, deben verse desde una distancia suficiente como para detenerse con seguridad. La provisión de accesos laterales y cruces peatonales debe asegurar una segura distancia de detención. La distancia visual de detención adecuada debe proporcionarse en el 100% de la red de caminos y autopistas, por lo que un conductor con la altura de ojos estándar pueda ver un objeto de altura estándar con tiempo suficiente como para detenerse con seguridad. Esto supone un cierto nivel de estado de alerta por parte del conductor y ninguna influencia agregada sobre la percepción y reacción del conductor debida a la complejidad del tránsito, control y condiciones ambientales locales. Algunas investigaciones indicaron que el comportamiento del conductor, expectativas y estado de alerta, cambian con el tipo de zona y con las condiciones de operación. La determinación de la distancia visual de detención requiere la definición de seis de las siete variables primarias de diseño listadas arriba. No es necesario especificar la tasa de desaceleración ni un coeficiente de fricción de diseño porque ambos miden la tasa requerida de lentificación del vehículo. Bajo ciertas condiciones, la complejidad añadida del tránsito, actividades locales y expectativa del conductor pueden requerir tiempos más largos para acomodar largos tiempos de percepción - reacción, debido a la complejidad de la situación, expectativas y estado de alerta, y a la distancia más larga para maniobras normales de cambio de carril, cambio de velocidad y cambio de trayectoria, o para detención. Las normas actuales para distancia visual de detención toman en cuenta estos factores. Estos mayores tiempos de percepción - reacción y distancias más largas de maniobra son acomodados por la distancia visual de decisión, la cual se aplica donde el conductor deba abordar numerosos conflictos: peatones, distintos tipos de vehículos, características de diseño, control complejo, uso intenso del suelo, y condiciones topográficas. La distancia visual de detención se aplica donde solo un obstáculo debe ser visto y tratado en el camino. La distancia visual de decisión es diferente para condiciones urbanas o rurales, y para las maniobras, que van desde detenerse, hasta cambiar de velocidad, trayectoria o dirección en la corriente de tránsito.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-5

En el contexto de la distancia visual de detención, una diferencia clara con la distancia visual de detención puede ser necesaria para evitar que un vehículo se vea obligado a detenerse por alguna condición de tránsito, tal como una cola de vehículos, o conflictos al costado del camino, como congestión en un acceso a propiedad. En vista de la complejidad y variaciones en la expectativa de los conductores para situaciones asociadas con la administración de accesos, en general la distancia visual de decisión es un requerimiento más lógico para muchas situaciones de administración de acceso que para la distancia visual de detención, tal como se la define actualmente. La distancia visual de decisión se trata en un documento complementario, “Distancia visual de decisión: A Discussion Paper”, Kiewit - 2012/03, OSU, marzo de 2012: http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:zFyZ4yf2kqQJ:kiewit.oregonstate.e du/pdf/12-3-decision-sight-distance.pdf+&cd=1&hl=es-419&ct=clnk&gl=ar 1.4

La distancia visual de detención como medida de diseño y de administración de acceso

La distancia visual de detención se requiere a lo largo de todo el camino, para ver un objeto en la calzada con distancia suficiente como para detenerse con seguridad antes de alcanzarlo. Típicamente se requiere en todas las intersecciones no controladas por PARE o CEDA. Se requiere en todos los cruces peatonales. Lógicamente, para la administración de acceso la distancia visual de detención debe requerirse en todas las aproximaciones a un acceso a propiedad para los vehículos que entran, a la altura de luces de faros delanteros; o que salen, a la altura de los faros traseros. La distancia visual de detención también se usó como un criterio para un espaciamiento seguro de los accesos a propiedad en arteriales principales. 1.5

Preguntas por responder

La selección y la aplicación de un criterio de distancia visual requieren responder a una serie de preguntas; las cuestiones más importantes son: 1. Para definir la desaceleración de los vehículos, ¿debe usarse un coeficiente de fricción seguro o una tasa de desaceleración aceptable? ¿Qué tasas de desaceleración están implicadas por el coeficiente de fricción usado para diseñar? ¿Qué tasas de desaceleración son típicas y cómodas para los conductores? ¿Qué tasas de desaceleración son aceptables para detener a los camiones? 2. ¿Qué altura de ojos debe usarse para distancia visual de detención? ¿Qué proporción de los conductores debe representar el criterio de altura de ojos? ¿Qué altura de ojos debe usarse para los camiones? 3. ¿Es razonable un objeto de 60 cm para evaluar la distancia visual de detención? La altura del objeto, ¿debe ser diferente para la distancia visual de decisión? La altura del objeto, ¿debe ser diferente para algunas situaciones donde se requiera distancia visual de detención, tal como en los pasos peatonales? 4. Los camiones, ¿deben tratarse específicamente o se debe asumir una mayor altura de los ojos para compensar la mayor distancia de detención requerida? 5. La distancia visual de detención, ¿debe basarse en la velocidad directriz, velocidad de marcha o variar de acuerdo con las condiciones? 6. Los tiempos de percepción - reacción especificados en el Libro Verde de AASHTO, ¿deben aceptarse o deben especificarse de acuerdo con la situación con la situación?

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A4T1-6

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

2

TIEMPOS DE PERCEPCIÓN - REACCIÓN

2.1

Proceso PIEV

A menudo, el tiempo de percepción - reacción para un conductor se divide en cuatro componentes asumidos formar el tiempo de percepción/reacción. Estos se conocen como el tiempo o proceso PIEV. Proceso PIEV • Percepción

tiempo para ver o discernir un objeto o suceso

• Intelección

tiempo para entender las implicaciones de la presencia de objeto o suceso

• Emoción

momento para decidir cómo reaccionar

• Volición

tiempo para iniciar la acción; por ejemplo, tiempo para aplicar los frenos

2.2

Tiempo de percepción - reacción de diseño actual

La investigación de los factores humanos define los tiempos de percepción - reacción (2, 3, 4, 5, 6) para:  Diseño 2.5 s  Operaciones/control 1 s Estos tiempos de percepción - reacción se basan en el comportamiento observado para el conductor del 85º percentil; es decir, el 85% de los conductores podría reaccionar en ese tiempo o menos. Las investigaciones más recientes mostraron que estos tiempos son conservadores para diseñar (9, 10, 11, 12). Wortman y Mathias (9) informaron los tiempos de percepción - reacción para condiciones de “sorpresa” y “alerta”. El tiempo de percepción - reacción se midió después de la indicación amarilla hasta que aparecieron las luces de freno, y fue en ambiente urbano. Según la investigación de Wortman y otros:  85% tiempo alerta de percepción - reacción  85% tiempo sorpresa de percepción - reacción 2.3

0.9 s 1.3 s

Investigación del tiempo percepción - reacción

Estudios recientes comprobaron la validez de 2.5 segundos como el tiempo de percepción reacción. Cuatro estudios recientes mostraron máximos de 1.9 segundos como tiempo de percepción - reacción para un 85º percentil, y alrededor de 2.5 segundos como tiempo del 95º percentil 95 (9, 10, 11, 12).

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-7

Tabla 1. Estudios de tiempos de reacción al frenado 85º

95º

Gazis et al.

1.48

1.75

Wortman et al.

1.80

2.35

Chang et al.

1.90

2.50

Sivak y col.

1.78

2.40

Fuente: (9, 10, 11, 12) 2.4

Tiempos de percepción - reacción por tipo de camino

Algunos investigadores sugirieron que la percepción - reacción debe reflejar la complejidad de las condiciones del tránsito, la expectativa de los conductores y el estado del conductor. Sugieren que los tiempos de percepción - reacción se pueden alterar consecuentemente, como se muestra en la Tabla 2 (12). Tabla 2. Tiempos de percepción - reacción considerando complejidad y estado del conductor Estado conductor

Complejidad Tiempo p-r

Camino bajo volumen

Alerta

Baja

1,5 s

Camino rural primario dos-carriles

Fatigado

Moderada

3,0 s

Arterial urbano

Alerta

Alta

2,5 s

Autopista rural

Fatigado

Baja

2,5 s

Autopista urbana

Fatigado

Alta

3,0 s

Fuente: (12)

2.5

Política AASHTO 2011 sobre tiempos de reacción al frenado La base de los tiempos de percepción - reacción de diseño, o “tiempos de reacción al frenado” en la Política 2011 AASHTO sobre Diseño Geométrico se refiere a la investigación de Johannson y Rumar para eventos esperados e inesperados (4,13). Este estudio se basó en datos recogidos de 321 conductores. Se usó la Figura 1 para el conductor percentil 85º para determinar los tiempos de percepción - reacción de diseño para eventos inesperados y esperados.

Figura 1. 85º Percentil de tiempo de percepción reacción de conductor versus tipo de información Fuente: (6)

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A4T1-8

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

Para la distancia visual de detención de un suceso inesperado (evento), tal como un obstáculo en el centro de la calzada, se correspondería con 1 bit de información, y daría un tiempo de percepción - reacción de 2.7 s. Se estableció un valor de cálculo de 2.5 segundos que comprendería al 85% de los conductores. El tiempo de percepción - reacción para control del tránsito correspondería a 0 bits de información, ya que el conductor vería y entendería la presencia del semáforo, esperaría por un cambio de su indicación. Esto se traduce en un tiempo de percepción - reacción de 1 segundo para la condición esperada. Un estudio indicó un promedio de tiempo de percepción reacción en condición alerta de 0.64 s, con 5% de los conductores que requieren más de 1 segundo (14). También hay referencias de Informes NCHRP 600ª, 600B y 600C que tratan la consideración de los factores humanos para los sistemas viales (15, 16, 17). La apreciación y la comprensión de los factores humanos, el comportamiento del conductor y habilidades se necesitan para determinar los criterios de distancia visual. Las habilidades físicas y limitaciones psicológicas de los conductores impactan estos criterios, y deben revisarse aquí para obtener la perspectiva. 2.6

Tiempos de percepción - reacción para el conductor anciano

No se encontraron tiempos de percepción - reacción para conductores ancianos significativamente más largos que para el conductor más joven promedio. Sin embargo, los cambios en las capacidades físicas y cognitivas de los ancianos podrían tener un impacto significativo en su capacidad para comprender las condiciones, y reaccionar de manera segura. En consecuencia, AASHTO recomienda utilizar un tiempo de percepción - reacción de diseño de 3 segundos (18). 3

FACTORES HUMANOS

3.1

Acuidad visiva

El principal estímulo para la operación y control de la seguridad de los vehículos es la vista del ojo. La composición física del ojo y su funcionamiento constituyen los límites que deben considerarse al desarrollar los criterios de distancia visual. Acuidad visiva Cono 3-4°

Mejor visión - puede ver la textura, forma, tamaño, color, etc.

Cono 10°

Visión clara - los dispositivos de control de tránsito críticos deben estar en este cono

Cono 20°

Visión satisfactoria - el control del tránsito de reglamentación y de advertencia dispositivos deben ser este cono de visión

Cono 90°

Visión periférica - sólo movimiento se puede ver con esta visión

Los conductores centran su atención hacia el camino en el cono de visión clara en 3 a 4 veces la distancia de detención. Luego cambian su visión hacia la derecha e izquierda para mantener la huella de las condiciones del tránsito, actividades de peatones y locales. El tiempo de movimiento de los ojos incluye el tiempo necesario para un conductor a cambie y aproximación sus ojos en un objeto.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-9

Tiempo movimiento ojo Cambio a nueva posición

0.15-0.33 s

Fijar o centrarse en objeto

0.1-0.3 s

Se tarda unos 0.5 s para un conductor cambie y aproximación los ojos. Por lo tanto, un ciclo completo a la derecha y vuelta a la izquierda tardará alrededor de 1 s. Si hay reflejo, se tarda 3 s para recuperar la agudeza visual completa y unos 6 segundos para recuperarse de condiciones brillantes a oscuras. 3.2

Capacidad visual del conductor anciano

Para los conductores mayores de 65 años, la agudeza visual estática promedio cae a 20/70 (19). La capacidad para ver los detalles de señales, marcas y características geométricas se rige por la agudeza visual estática del conductor, la cual depende del fondo, brillo, contraste y tiempo de visualización. La agudeza visual dinámica es la capacidad de resolver los detalles de un objeto en movimiento; se ve disminuida al aumentar la velocidad del objeto. Sin embargo, mejora a medida que el tiempo de visualización, la iluminación y la familiaridad aumentan (20). La agudeza visual dinámica relacionada con la participación en choques es independiente de la edad. Sin embargo, hay un deterioro gradual de la agudeza visual dinámica con la edad. La sensibilidad al contraste es la capacidad de los conductores para analizar la información de contraste y ver los patrones en el campo visual. En un estudio de M. S. Horswill, y otros, (21) se encontró que el tiempo de percepción - reacción de riesgo aumenta significativamente con la pérdida de la sensibilidad al contraste. La sensibilidad al contraste es más importante que la agudeza visual durante la noche para la segura conducción y operación. Los conductores ancianos tienen menor sensibilidad al contraste que los conductores más jóvenes. La investigación halló reducida sensibilidad al contraste y la agudeza visual estática en los conductores ancianos cuando hay deslumbramiento (18). La capacidad de evaluar la distancia o la percepción de profundidad por el cambio desde vista cerca a lejana se pierde en los conductores ancianos por el endurecimiento de la lente óptica (cristalino) y el debilitamiento del músculo ocular. Esto resulta en la incapacidad de los ancianos para juzgar las velocidades de los vehículos que se aproximan, valorar los intervalos entre vehículos y determinar la distancia a las características en el costado del camino. Estas pérdidas en la capacidad son críticas para girar a la izquierda y cruzar a través del tránsito de forma segura. Prácticamente todas las medidas de visión se deterioran con niveles más bajos de iluminación. Menos iluminación es especialmente problemática para el conductor anciano. Los conductores de 75 años necesitan alrededor de 32 veces más iluminación para ver bien que a los 25 años (18). 3.3

Capacidad de memoria de trabajo

La capacidad de memoria de trabajo se refiere a la capacidad cognitiva mutua para procesar información nueva mientras se almacena y analiza información conocida; es la cantidad de información que un conductor puede recibir y procesar a la vez. Se considera que en los ancianos es menor que la de los conductores más jóvenes; para definir su capacidad típica se aplica una regla de oro que estima siete elementos: 1) alto volumen, 2) arteriales de alta velocidad, 3) múltiples puntos de acceso, 4) numerosos conflictos, 5) aberturas mediana, 6) control peatonal, y 7) control de tránsito

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A4T1-10

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

Ellos pueden dar una carga de trabajo que cuantifica la capacidad de memoria de trabajo. Al aumentar las velocidades y volúmenes, los conductores prestan menos atención a las actividades en la periferia de los costados del camino, por lo que las características de administración de acceso requieren tiempos de percepción – reacción más largos. La atención a la tarea de conducir es muy importante para una conducción segura. Se estimó que el 25-50% de los accidentes resultan de falta de atención (22). La atención selectiva requiere seleccionar la información más importante entre el volumen de información que se presenta. La selección y el uso adecuado de la información crítica son fundamentales para una conducción segura. Los conductores ancianos tienen más dificultades para seleccionar la información crítica, y necesitan más tiempo para procesarla. Para limitar la carga de trabajo del conductor a niveles aceptables, donde las condiciones sean complejas, las velocidades y volúmenes altos, y los conflictos numerosas, se debe tener cuidado en dar visualización adecuada y correspondiente tiempo de respuesta. 3.4

La mente humana es un procesador secuencial

Los seres humanos son procesadores secuenciales; es decir, los conductores muestrean, seleccionan y procesan la información de un elemento a la vez, aunque muy rápidamente. Así, las situaciones complejas crean condiciones inseguras o ineficaces, ya que toma mucho tiempo para que los conductores muestreen, seleccionen y procesen la información, por lo que a medida que aumenta la complejidad debe disponer de un tiempo de percepción reacción más largo. En conjunto, las limitaciones de la agudeza visual, las restricciones visuales por la recuperación de resplandor/oscuridad, y la complejidad de las condiciones del tránsito requieren tiempos de percepción - reacción o de decisión más largos. 3.5

Expectativas del conductor

Los conductores son llevados a esperar una condición de operación particular sobre la base de la información presentada a ellos, quienes usan información formal e informal.  Información formal - incluye los dispositivos de control de tránsito y características principales de diseño geométrico, pero no incluye las características de los costados camino, tales como líneas de cunetas, barandas y demás mobiliario urbano.  Información informal - incluye características de los costados del camino y del uso del suelo adyacente, tales como líneas de cercos vivos, árboles, vallas y señales informativas. Incluye toda la información que no es formal. Los conductores desarrollan expectativas sobre cómo conducir por un camino mediante la experiencia, formación y hábito. A veces estas expectativas están erradas porque usan información informal inadecuada, o información formal incorrecta, de mensajes contradictorios. A menudo, la información en un lugar es conflictiva, y los conductores familiarizados con el lugar leerán las condiciones de tránsito de manera diferente que los conductores foráneos. Por ejemplo, un error de conducción debido a la expectativa del conductor puede ocurrir cuando la ubicación de las juntas del pavimento (información informal) está en conflicto con las marcas del carril (información formal). Un conductor puede ver y seguir las juntas del pavimento en lugar de la las líneas del pavimento, sobre todo en noches oscuras y húmedas. Es necesario incrementar el tiempo de percepción - reacción para dar tiempo a los conductores a tomar la decisión correcta cuando la información y la expectativa del conductor estén en conflicto.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-11

Las condiciones de tránsito varían dramáticamente en los caminos principales y, en consecuencia, la información que reciben los conductores de otros vehículos y condiciones del tránsito está en cambio permanente. Por lo tanto, las condiciones de alto volumen y alta velocidad con el agregado de complejidad y mayor carga de trabajo del conductor requiere tiempos de decisión más largos y agravan los problemas derivados de la expectativa del conductor. 4

ALTURA DE LOS OJOS DEL CONDUCTOR

Las alturas de los ojos del conductor de diseño de AASHTO 2001, 2004 y 2011 (2, 3, 4) son: Automóviles

1.08 m

Camiones

2.33 m

Para diseñar, la altura de los ojos del automovilista se redujo con el tiempo al cambiar los tamaños y dimensiones de los vehículos. Hasta el 2000 fue de 1.07 m (1). Se redujo desde 1.68 m en 1920 a 1.15 cm en 1965. Un cambio moderado en la altura de los ojos del conductor se traduce en un pequeño cambio en la distancia visual de detención y en la longitud requerida de las curvas verticales (25). Normalmente, la altura de los ojos de los camioneros no preocupa porque que es significativamente más alta. Se supone que la mayor altura de los ojos de los camioneros compensa su más larga distancia visual de detención. Sin embargo, la altura de los ojos de los camioneros puede ser un problema donde la distancia visual de detención esté controlada por el alineamiento horizontal, tales como taludes de corte, u otras obstrucciones visuales verticales, como un seto, ramas colgantes o señales. Los valores típicos de la altura de los ojos de los camioneros son de 1.82 a 2.86 m, con una altura promedio de 2.36 m; anteriormente se usó 2.4 m (26, 27). El Informe NCHRP Report 400 presenta resultados de algunas mediciones de altura de ojos para varios vehículos, Tabla 3 (1). Tabla 3. Estadísticas actuales de altura de ojos

Automóviles

Vehículos multiusos *

Camiones pesados

m

m

m

Promedio

1.15

1.48

2.45

Desviación Estándar

0.05

0.13

0.11

5º percentil

1.06

1.26

2.30

10º percentil

1.08

1.31

2.33

15º percentil

1.09

1.33

2.34

* Camionetas, utilitarios, furgonetas, etc.

Fuente: (1)

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A4T1-12

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

Hubo indicios de que la altura de los ojos adoptada por AASHTO se reduciría a 1 metro, ya que el parque de automóviles continuó disminuyendo de altura. Sin embargo, el aumento del uso de camionetas, todo-terreno y furgonetas causó que aumentara la altura general de los ojos. El Informe NCHRP 400 recomienda una altura de los ojos de 1.08 m en lugar de 1.07 m. En el Libro Verde de AASHTO 2001 se adoptó este cambio de la altura de los ojos de los automovilistas de 1.08 m, junto con una altura de ojo de los camioneros de 2.33 m, con un rango establecido de 1,8 a 2,6 m. Estas alturas recomendadas de los ojos se mantienen en el nuevo Libro Verde 2011 (2,4). 5

ALTURA DE OBJETO

Las alturas de objetos para distancia visual de detención (2, 3, 4) son: AASHTO (2001, 2004 y 2011) CALTRANS, ODOT, WSDOT (DVD) Pavimento (DV) Puntos de acceso

60 cm 15 cm 0 cm 60 cm (faros delanteros)

Desde 1065 la altura del objeto utilizada para la distancia visual de detención fue de 15 cm. Los estándares requirieron que un conductor debe ser capaz de ver y detenerse antes de golpear un objeto de 15 cm de altura en todo el camino. Este valor arbitrario reconoció que el peligro de un objeto de esa altura o mayor de altura o más grande representaría, dado que el 30% de los vehículos compactos y subcompactos no podría traspasar un objeto de 15 cm (28). También se sugirió que la altura de objeto de 15 cm era un equilibrio racional entre la necesidad de ver el pavimento y el costo para dar esa distancia visual. Bajo algunas circunstancias, la altura de la luz trasera de 45 a 60 cm se reconoció como un objeto más apropiado para ser visto, en particular en cruces bajo nivel, donde un camión sería el vehículo de diseño con su altura de ojo. Un estudio de CALTRANS sobre distancia visual de carriles para vehículos de alta ocupación (VAO) halló una altura 85% de luz trasera de 76 cm. La norma AASHTO 2001 para la altura del objeto aumentó a 60 cm sobre la base de la luz trasera de un coche y estadísticas de seguridad que no muestran una alta frecuencia de accidentes con objetos pequeños en el camino. Esto se mantiene en el nuevo Libro Verde 2011. CALTRANS, ODOT y WSDOT conservaron el 15 cm de altura del objeto, tanto para distancia visual de detención y de decisión, reconociendo todos los aspectos del diseño vial seguro, y la visibilidad provista por esta menor altura de 15 cm. La discusión de las implicaciones de seguridad por la utilización de un objeto de 60 cm de altura se da en el Apéndice A. La altura del objeto en las intersecciones fue de 1.3 m, la misma requerida por la distancia visual de adelantamiento (5, 6). Este criterio supone que ser capaz de ver el techo de un automóvil es adecuada como altura de objeto para la distancia visual de intersección. Esto ignora la dificultad de distinguir la delgada astilla del techo del automóvil de otros objetos, en particular si coche es de color tono tierra. También ignora la dificultad de ver el coche en la noche con las luces delanteras a una altura de unos 60 cm, aun suponiendo cierta difusión de las luces hacia arriba. Una altura del objeto de 1.08 m, la norma AASHTO 2001 para distancia visual de adelantamiento daría un objetivo de 22-25 cm de altura, lo que aseguraría que un vehículo que se aproximara fuera visto. Cuando el objeto es el final de una fila u otros vehículos en la corriente de tránsito, la altura de objeto puede ser la altura del vehículo o la de la luz trasera. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-13

Según el Informe NCHRP 400, la altura de la luz trasera no debe ser más baja que 38 cm, ni más alta que 1.83 m; se halló que la altura media era de 73 cm para los automóviles. Típicamente, esto resultaría en una altura de objeto de 46 a 76 cm. Para los vehículos que de noche entran en un camino, puede usarse una altura de faros delanteros de 60 cm. Según el Libro Verde 2001, la norma para la altura de objeto es 1.08 m para las distancias visuales de adelantamiento y de intersección; norma mantenida en las ediciones 2004 y 2011 (2, 3, 4). La distancia visual de pavimento debe darse en las intersecciones canalizadas, en plataformas de giro, o donde el alineamiento tome una dirección inesperada. Esta distancia está dada por un altura de objeto nula. En resumen: 2001/04/11 AASHTO

2009 CALTRANS

2001 ODOT

2011 WSDOT

Objeto para distancia visual de detención

60 cm

15 cm

15 cm

15 cm

Objetos para distancia visual de decisión

60 cm

15 cm

15 cm

15 cm

Objeto para distancia visual de adelantamiento

1.08 m

1.3 m

1.08 m

1.08 m

Objeto para distancia visual de intersección

1.08 m

1.3 m

1.08 m

1.08 m

Objeto para accesos a propiedad

60 cm

Pavimento (DV)

0

Fuente; (2, 3, 4, 7, 23, 24)

6

VELOCIDAD DEL VEHÍCULO

En Oregón y otros estados suele usarse la velocidad directriz para analizar la distancia visual de detención, en particular para las restricciones visuales verticales. Hasta el Libro Verde del 2001, AASHTO admitió usar la velocidad de marcha, dado que el coeficiente de fricción de diseño era para pavimentos húmedos, y se suponía que los conductores reducirían la velocidad. Sin embargo, según AASHTO los datos recientes muestran que los conductores no lentifican apreciablemente en pavimentos húmedos. El Libro Verde 2001 eliminó la distancia visual de detención basada en la velocidad de marcha y la especificó para la velocidad directriz. Cuando se trate de un camino existente y se desconozca la velocidad directriz puede usarse la velocidad de operación. La relación entre la velocidad media, la velocidad percentil 85 y la velocidad directriz no se entiende bien. Sin embargo, la relación aproximada se puede definir de la siguiente manera, sobre la base de la distribución normal estándar.

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A4T1-14

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

La velocidad directriz se definió como alrededor del 95º a 98º percentil de la velocidad de operación; por lo tanto:  

Media = Modo = Mediana Velocidad media de marcha = velocidad media

La distribución normal que representa la distribución de velocidades es simétrica, por lo tanto el 50% del área bajo la curva de distribución de velocidades está a cualquier lado de la media o mediana.  

Velocidad 85º percentil (velocidad directriz mínima) = velocidad media (50% del área) + 1 desviación estándar (33,7% del área) Velocidad directriz (98% de velocidad) = velocidad media (50% del área) + 2 desviaciones estándares (47,8% del área)

Típicamente, la desviación estándar para las velocidades es entre 8-11 km/h. Por lo tanto, si no se conoce la desviación estándar, una regla empírica (dígitos oscilantes) es:  

Velocidad 85º percentil (velocidad directriz mínima) = velocidad media + 10 km/h. Velocidad directriz = velocidad 85º percentil + 10 km/h

Las pequeñas variaciones de velocidad resultan en muy grandes diferencias en la distancia visual de detención porque la distancia visual de frenado varía con el cuadrado de la velocidad. La distancia visual de decisión varía linealmente con la velocidad, por lo que la definición de la velocidad no es tan crítica. 67,4% son entre -1s y +1 s 95,5% del área entre -2s y 2 +s Donde s = desviación estándar

Velocidad media Figura 2. Distribución normal de velocidades 7

COEFICIENTE DE FRICCIÓN DE PAVIMENTO Y DESACELERACIÓN

Históricamente, la distancia visual de detención, DVD, se basó en la resistencia a la fricción de un pavimento pobre, húmedo (1, 2). Basado en la investigación del NCHRP Informe 400, el Libro Verde de AASHTO 2001 basó la DVD en una aceptable tasa de desaceleración. 7.1

Resistencia a la fricción de pavimentos

La resistencia a la fricción de los pavimentos varía con las características del neumático (presión, carga, temperatura, banda de rodadura, desgaste, etc.), condiciones del pavimento (rugosidad, desgaste, tipo de agregado, etc.) y la presencia de agua. Principalmente, la resistencia al deslizamiento del pavimento depende de las texturas micro y macro.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-15

El micro-textura está compuesta por:  Escala de aspereza de finos o arenosidad  Adhesión o unión química entre neumático y superficie  Textura de partículas superficiales La macro-textura está dada por:  Textura de la superficie áspera de los agregados más grandes  Asperezas a gran escala o de enclavamiento mecánico entre el neumático y la superficie La presencia de agua, aceite y finos reduce la resistencia al deslizamiento. La contaminación por aceites del pavimento, los finos y polvo acumulado, y otras partículas crean una superficie de succión cuando las lluvias ligeras los hacen flotar hasta la superficie. Capas de purines y otros residuos vegetales también reducen la resistencia al deslizamiento. Las altas cantidades de humedad en la superficie también puede resultar en el hidroplaneo, que se produce cuando una película de agua de profundidad suficiente hace flotar al neumático arriba de la superficie. En la Figura 3 se muestran varios estudios que representa el comportamiento de los pavimentos en diversas condiciones. Hasta el 2001, las condiciones supuestas para diseñar fueron:  superficie de asfalto exudado en mal estado, con neumáticos pobres, o  superficie de hormigón con la fricción gruesa desgastada hasta la superficie del agregado La resistencia al deslizamiento disminuye a medida que aumenta la velocidad directriz. El uso de una desaceleración constante para todas las velocidades no captura ese fenómeno, Figura 3.

Figura 3. Variación del coeficiente de fricción con la velocidad vehicular

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A4T1-16 7.2

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

Libro Verde 2011 – Norma de detención basada en desaceleración

El valor de la desaceleración de diseño actual de AASHTO es: AASHTO (2001)

3,4 m/s2 = 12.2 km/h/s (4)

Hasta 2001, los coeficientes de fricción utilizados para diseñar caminos arteriales o abiertos en los Libros Verdes de 1990 ((5) medidas inglesas) y 1994 ((6) medidas inglesas y métricas) se basaron en los resultados de varios estudios que midieron la resistencia al deslizamiento de rueda bloqueada en pavimentos pobres y húmedos. Estos valores de diseño correspondían a cómodas tasas de desaceleración (f x g) entre 0.4 x 9.8 m/s2 = 3.9 m/s2 = 14 km/h/s para 30 km/h, y 0.28 x 9.8 m/s2 = 2.7 m/s2 = 9.9 km/h/s para 120 km/h, Tabla 4 Con camiones el coeficiente de fricción segura para el frenado es menor que para los automóviles porque no pueden frenar con seguridad bloqueando las ruedas, sin riesgo de perder el control (29). Por lo tanto, la tasa de desaceleración cuando se detiene es menor para los camiones que para los automóviles, en el orden de 1.6 m/s2 = 5,6 km/h/s a 2.5 m/s2 = 8,9 km/h/s; estas desaceleraciones corresponden a valores “f” de 0,16 a 0,25, respectivamente. Los coeficientes de fricción de diseño basados en el rendimiento de los camiones se dan en la última columna de la Tabla 4. El coeficiente de fricción correspondiente a una tasa de desaceleración se determina por la relación: f = a/g El Libro Verde 2001 (2) recomendó un criterio de desaceleración 3,4 m/s2 para determinar el término distancia de frenado de la DVD. Esto se mantuvo en los Libro Verdes 2004 (3) y 2011 (4). f = coeficiente de fricción medido directamente o calcularse a partir de la distancia de frenado fórmula estándar Tabla 4. 1990 y 1994 los coeficientes de cálculo de fricción para distancia visual de detención Velocidad directriz

Velocidad de marcha

km/h

km/h

Libros Verdes Coeficientes de Desaceleración 1990 y 1994, fricción AASHTO Aceptable para AASHTO para camiones, Camiones, aTR 2 fTR m/s Coef. de fricción para fhúmeda

30

32

0.40

0.25

2.5

50

45

0.35

0.21

2.1

65

58

0.32

0.19

1.9

80

71

0.30

0.18

1.8

100

84

0.29

0.17

1.7

115

93

0.28

0.16

1.6

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas 7.2

A4T1-17

Libro Verde 2011 - Tasas de desaceleración para distancia visual de detención

La investigación de Fambro y otros mostró que la mayoría de los conductores desaceleran a más de 4.5 m/s2 al decelerar para una condición inesperada (1). Esto corresponde a un coeficiente de fricción de pavimento de 0,46, que no dan muchas superficies mojadas. La tasa de desaceleración estándar de 3,4 m/s2 propuesta por primera vez en el Libro Verde 2001 se mantuvo en 2004 y 2011. Con esto se espera dar cabida al 90% de todos los conductores, y requiere un coeficiente de fricción de pavimento disponible de la función de 0,35 constante, independiente de la velocidad inicial de frenado. La mayoría de las superficies asfálticas exudadas y húmedas, y las de hormigón pulido, deben proveer esta elevada resistencia friccional. * (*) NdT: En el Libro Verde 2001 se agregó la siguiente prevención, (quitada en las ediciones siguientes 2004 y 2011): Para asegurar que los nuevos pavimentos tengan inicialmente y retengan coeficientes de fricción (0.35) comparables con las tasas de desaceleración (3.4 m/s2) usadas para calcular las DVD, los diseños de pavimento deben cumplir los criterios establecidos en las Guidelines for Skid Resistant Pavement Design, Washington, D.C.: AASHTO, 1976. 8

DISTANCIA VISUAL DE DETENCIÓN

La distancia visual de detención se compone de la distancia para percibir y reaccionar a una condición, más la distancia para detenerse:

Donde SSD = DVD, distancia visual de detención requerida, m, V = velocidad, km/h, t = tiempo de percepción - reacción, s, típicamente 2.5 s para diseño, f = coeficiente de fricción, típicamente para un pavimento pobre, húmedo, g = pendiente, decimal. No confundir con g = 9.81 aceleración de la gravedad. a = desaceleración, m/s2. En los Libros Verdes 1990 y 1994 proveyeron dos tipos de DVD mínima: absoluta y deseable (5, 6). La DVD mínima absoluta se basó en la velocidad media de marcha y en un coeficiente de fricción de pavimento pobre y húmedo. La DVD mínima deseable se basó en la velocidad directriz y en el mismo coeficiente de fricción de pavimento pobre y húmedo. El Informe 400 de NCHRP recomendó a AASHTO nuevos (*) criterios de diseño utili-zando una tasa de desaceleración de 3,4 m/s2 (0,34 g) en lugar del coeficiente de fricción húmedo (1). La velocidad media de marcha es la velocidad media de operación (50º percentil) y típicamente menor que la velocidad directriz, alrededor del 83% a 100% de la velocidad directriz entre 32 y 113 km/h. NdT: AASHTO aplicó el método de desaceleración en el Libro Rojo 1977 para caminos y calles urbanas, contemporáneo del Libro Azul para caminos rurales de 1965; a partir de los 1980 ambos fueron reemplazados por los Libros Verdes. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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A4T1-18

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

AASHTO encontró que los conductores no lentifican sobre pavimento mojado, por lo que la velocidad media de marcha no es apropiada para determinar la distancia visual de detención. La Tabla 5 da las DVD para un rango de velocidades directrices. Para compara-ción, también da típicas DVD de emergencia, con tiempos de percepción – reacción cortos de 1 s, en condiciones de pavimento húmedo y seco. En esta tabla se supone que el coeficiente de fricción para pavimento húmedo son los utilizados para DVD en los Libros Verdes 1990 y 1994, y para por el pavimento seco se supone que es 0.6 (5, 6). Con luces delanteras bajas, un conductor puede ser capaz de ver de 40 a 110 m, y con las luces altas de 60 a 150 m. Así, si durante la noche se conduce más rápido que a 90 km/h, la DVD necesaria supera la DV dada por las luces delanteras (30). Los Libros Verdes 2001, 2004 y 2011 recomiendan diseñar para DVD mínima deseable basada en la velocidad directriz, con una desaceleración de 3.4 m/s2 y tiempo de percepción reacción de 2.5 s. Se abandonó la DVD “mínima absoluta” basada en la veloci-dad media de marcha. Tabla 5. Distancias visuales de detención de diseño y distancias visuales de detención típicas de emergencia Velocidad Distancia visual de detención, m Velocidad directriz km/h 30

Calculado (2.5 s, a = 3.4 m/s2)

Distancia de detención emergencia típica, m

Diseño (2.5 s, a)

31.2

35

Pavimento húmedo (1s, fwet) 17.1

Pavimento seco (1s, fdry) 14.2

40

46.2

50

27.7

21.6

50

63.5

65

42.0

30.3

60

83.0

85

59.6

40.3

70

104.9

105

81.7

51.6

80

129.0

130

106.1

64.2

90

155.5

160

131.2

78.1

100

184.2

185

163.4

93.4

110

215.3

220

200.6

110.0

120

248.6

250

235.7

127.9

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-19

REFERENCIAS 1. Fambro, D.B, K Fitzpatrick, and R.J. Koppa, “Determination of Stopping Sight Distance,” NCHRP Report 400, TRB, Washington, DC, 1997. 2. “A Policy on Geometric Design of Highway and Streets,” American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC, 2001. 3. “A Policy on Geometric Design of Highway and Streets,” American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC, 2004. 4. “A Policy on Geometric Design of Highway and Streets,” American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC, 2011. 5. “A Policy on Geometric Design of Highway and Streets,” American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC, 1990 (Metric Units Edition). 6. “A Policy on Geometric Design of Highway and Streets,” American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC, 1994 (Metric Units Edition). 7. ODOT, “Highway Design Manual,” 2003. 8. “A Policy on Geometric Design of Highway and Streets,” American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC, 1984 (Metric Units Edition). 9. Wortman, R.H., and J.S. Matthias, “Evaluation of Driver Behavior at Signalized Intersections,” Transportation Research Record 904, T.R.B, Washington, D.C., 1983. 10. Gazis, D.R, et al., “The Problem of the Amber Signal in Traffic Flow,” Operations Research 8, March-April 1960. 11. Chang, M.S, et al., “Timing Traffic Signal Change Intervals Based on Driver Behavior,” T.R. Record 1027, T.R.B, Washington, D.C., 1985. 12. Sivak, M., et al, “Radar Measured Reaction Times of Unalerted Drivers to Brake Signals,” Perceptual Motor Skills 55, 1982. 13. Johansson, G. and K. Rumar, “Driver’s Brake Reaction Times,” Human Factors, Vol. 13, No. 1, Feb. 1971. 14. Report of the Massachusetts Highway Accident Survey, MIT, Cambridge, MA, 1935. 15. “Human Factors Guidelines for Road Systems, Collection A,” NCHRP Report 600ª, TRB, Washington, DC, 2012. 16. “Human Factors Guidelines for Road Systems, Collection A,” NCHRP Report 600B, TRB, Washington, DC, 2012. 17. “Human Factors Guidelines for Road Systems, Collection A,” NCHRP Report 600C, TRB, Washington, DC, 2012. 18. “Synthesis of Human Factors Research on Older Drivers and Highway Safety, Vol. 1,” FHWA-RD-97-094, FHWA, USDOT, Washington, DC, 1997. 19. “Older Drivers: A Literature Review (No. 25)”, Department of Transport, London, UK. 20. Bing, A., “An Investigation of Some Relationships Between Dynamic Visual Acuity and Static Visual Acuity and Driving,” Report 64-18, Univ. of California at Los Angeles, Los Angeles, CA, 1964. 21. D. Horswill, M.S., et al., “The Hazard Perception of Older Drivers,” The Journal of Gerontology, Series B: Psychological Sciences, 63-(4), 2008. 22. Shivar, D., “Driver Performance and Individual Differences in Attention,” DOT-HS-801819-DAP, USDOT, Washington, DC, 1978. 23. CALTRANS, Highway Design Manual, Sacramento, CA. 24. WSDOT, Highway Design Manual, Olympia, WA. 25. J.C. Glennon, “Highway Sight Distance Design Issues: An Overview,” Transportation Research Record 1208, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, DC, 1989. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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A4T1-20

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

26. P.L. Olson, D.E. Cleveland, P.S. Fancher, L.P. Kostyniuk and L.W. Schneider, “Parameters Affecting Stopping Sight Distance,” NCHRP Report 270, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, DC, June 1984. 27. J.W. Hall and D.S. Turner, “Stopping Sight Distance: Can We See Where We Now Stand?,” Transportation Research Record 1208, Transportation Research Board, National Research Council, 1989. 28. D.L. Woods, “Small Car Impacts on Highway Design,” ITE Journal, April 1983. 29. P.B. Middleton, M.Y. Wong, J. Taylor, H. Thompson and J. Bennett, “Analysis of Truck Safety on Crest Vertical Curves,” Report FHWA/RD-86/060, FHWA, USDOT, 1983. 30. Urban Behavioral Research Associates, “The Investigation of Driver Eye Height and Field of Vision,” Report DOT-FH-11-9141, FHWA, USDOT, 1978.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-21

PRÁCTICAS INTERNACIONALES DE DISEÑO DE LA DISTANCIA VISUAL DE DETENCIÓN Douglas W. Harwood, Midwest Research Institute Daniel B. Fambro Texas A&M University Bruce Fishburn, Roads and Traffic Authority of New South Wales Herman Joubert, African Consulting Engineers, Inc. Rüdiger Lamn, University of Karlsruhe Basil Psarianos, National Technical University of Athens http://pubsindex.trb.org/view.aspx?id=659700 Traducción y Resumen DISTANCIA VISUAL DE DETENCIÓN 1

INTRODUCCIÓN

Este informe revisa las prácticas de diseño geométrico de varios países, relacionadas con la distancia de visibilidad. El propósito es presentar las prácticas de diseño de la distancia de visibilidad en una variedad de países, como un recurso para los organismos viales de cualquier país que pueda estar considerando posibles modificaciones y actualizaciones a sus propias políticas y prácticas. Se espera que sirva como un recurso al presentar ideas y conceptos que pueden ser nuevos para alguien, pero que están en verdadero uso en otras partes del mundo. Los intercambios internacionales de este tipo de información son valiosos al proveer a los ingenieros prácticos e investigadores una perspectiva que va más allá de su propio país y su propio lugar en el mundo. La aptitud de ver adelante y observar el tránsito potencialmente conflictivo es crítica para las operaciones viales seguras. La distancia de visibilidad, DV -un importante elemento en el diseño geométrico de carreteras- se refiere a la longitud de plataforma sobre la cual un conductor tiene una visión, libre, desobstruida. 2

DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE DETENCIÓN

En el diseño geométrico vial, la DVD es la más fundamental de las consideraciones de DV, porque se requiere en todos los puntos a lo largo de la plataforma. DVD es la distancia que un conductor debe ser capaz de ver adelante a lo largo de la plataforma para identificar peligros en ella y, cuando sea necesario, llevar con seguridad a su vehículo hasta una detención. La DVD puede estar limitada por las curvas horizontales y verticales. Así, las curvas horizontales y verticales de las plataformas deben diseñarse con la DVD en la mente. Se revisaron los criterios de DVD usados en Australia, Austria, Gran Bretaña, Canadá, Francia, Alemania, Grecia, Sudáfrica, Suecia, Suiza y los Estados Unidos de América. Esta revisión halló que la mayor parte de los países tienen criterios de DVD basados en el mismo modelo, pero que varían las suposiciones de varios países acerca de los parámetros usados en el modelo. 2.1

Modelos de DVD

Generalmente, la DVD se define como la suma de dos componentes, distancia de percepción y reacción y distancia de desaceleración al frenado. El escenario de diseño de la DVD supone que hay un peligro en la plataforma, tal como un objeto, y que el conductor de un vehículo que se aproxima al objeto puede primero detectar su presencia y luego frenar hasta una detención segura delante del objeto.

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A4T1-22

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La distancia de percepción y reacción, DPR, es la distancia recorrida por el vehículo desde el instante en que el objeto es visto por el conductor, hasta el instante en que aplica los frenos. La distancia de frenado o desaceleración, DF, es la distancia recorrida por el vehículo desde el instante en que el conductor aplica los frenos hasta el instante en que el vehículo se detiene delante del objeto. El modelo DVD -resultante de los principios básicos de la física- es: DVD = Distancia Percepción – Reacción + Distancia Frenado = DPR + DF o más específicamente, DVD = 0.278 Vo t + Vo2 / 254f

(1)

Donde: DVD o SSD = distancia de visibilidad de detención, m Vo = velocidad directriz o inicial, km/h t = tiempo de percepción y reacción del conductor, s f = coeficiente de fricción de frenado entre los neumáticos y la superficie del pavimento, factor de fricción longitudinal. Las constantes son: 0.278 = 1/3.6 254 = 2x3.62x9.8. La DVD también es afectada por la pendiente de la calzada; esto es, las distancias de detención disminuyen en las subidas y aumentan en las bajadas. Específicamente, los efectos de la pendiente sobre la DVD pueden expresarse según la ecuación: DVD = 0.278 Vo t + Vo2 / [254 (f ± i)]

(2)

Donde: i = i%/100 = pendiente, m/m; + para subidas y - para bajadas. Tres países - Austria, Alemania, Grecia - y utilizan un modelo SSD ligeramente diferente, que incorpora el efecto de un factor de fricción longitudinal dependiente de la velocidad y la resistencia aerodinámica sobre el vehículo que desacelera. Este modelo utiliza el mismo término de distancia de reacción del freno como la ecuación (1), pero utiliza un término modificado para distancia de desaceleración, que se muestra en la Ecuación 8.

Donde: g = gravedad de aceleración = 9.81 m/s2 V = velocidad en cualquier punto de la maniobra de desaceleración, km/h fT (V) = factor de fricción longitudinal dependiente de velocidad FL = fuerza aerodinámica, N m = masa del vehículo, kg

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-23

La fuerza aerodinámica se determina como:

Donde:  = densidad del aire, 1.15 kg/m3 CW = coeficiente de arrastre aerodinámico A = área frontal proyectada, m2 El termino fT (V) representa la variación del coeficiente de fricción de frenado en función de la velocidad. Este concepto fue desarrollado originalmente por Lamm.(1) Las ecuaciones usadas para fT (V) en Alemania, Austria y Grecia se dan en el tratamiento de las políticas de diseño de la DVD de cada país. 2.2

Parámetros usados en los modelos de DVD

Australia La Asociación Nacional de las Autoridades Viales Estatales de Australia (NAASRA) define la distancia visual de detención como la distancia que recorrerá un vehículo antes de detenerse bajo un fuerte frenado después de ver por primera vez un peligro en la plataforma. Se calcula usando un tiempo de reacción de 2.5 s, factor de fricción longitudinal de 0.5 y una velocidad de operación aproximada en km/h. En caminos con velocidades menores que 50 km/h se usa un tiempo de reacción de 2 s y en situaciones restringidas y de topografía dificultosa puede usarse 1.5 s. La Asociación usa procedimientos de predicción de la velocidad para estimar la velocidad de operación real, la cual se usa luego para determinar la DVD. La investigación australiana encontró que normalmente en vías de la más baja velocidad, las velocidades de operación son más altas que las velocidades de diseño especificadas en los EUA y, en velocidades mayores que 100 km/h, los dos métodos dan esencialmente los mismos resultados. Dado que la ecuación de DVD es más sensible a los cambios en la velocidad directriz que en otros factores, la Asociación introduce un factor mayor de seguridad al diseñar para conductores más veloces. (2) La DVD requerida controla el diseño [9] de las curvas verticales convexas. Las longitudes de curva se especifican en términos del valor K, el cual es la longitud de curva que resulta de un cambio de pendiente de 1 por ciento. Los valores mínimos de K se hallan con alturas de 1.15 m, ojo, y 20 cm, objeto. Donde sea difícil o costoso alcanzar la DVD normal, se usan los equivalentes tiempos y distancias para determinar las mínimas longitudes de DVD. Una guía de capacidad visual que afecta la DVD requiere que el conductor sea capaz de reconocer un peligro una vez visto. Un observador humano, tal como un conductor, puede resolver detalles espaciales hasta de 1’ de arco, el cual es el ángulo subtendido en el ojo por la altura del objeto. Sin embargo, un ángulo de 5’ es más típico del contraste y condiciones de iluminación encontradas en las plataformas. Al trasladar este requerimiento en la altura del objeto que debe ser visible por el conductor, 10 y 20 cm del objeto deben estar arriba de la línea de visión para distancias de 65 y 130 m, respectivamente. Probablemente, el objeto no se verá a distancias mayores que 130 m, aun con suficiente DV. Al usar las distancias desde la fórmula de DVD, las velocidades superiores a 90 km/h de día, y 70 km/h de noche, están más allá de la capacidad visual del conductor.

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A4T1-24

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Austria En Austria, la política de diseño de la DVD se basa en una velocidad de operación conocida como la velocidad de proyecto, la cual representa la velocidad máxima teórica en una ubicación particular del camino. La velocidad de proyecto máxima corresponde a 100 km/h para caminos rurales de dos- carriles y varía desde 100 a 140 km/h para caminos multicarriles (3). Se usa un tiempo de reacción de 2 s. En la maniobra de desaceleración, para representar el coeficiente de frenado a cualquier velocidad, se usa la Ecuación (10). Gran Bretaña El Departamento de Transporte es responsable de las carreteras nacionales y los Concejos Condales de los caminos locales. Sin embargo, la mayoría de los Concejos Condales adoptan las normas y especificaciones del Departamento de Transporte. DVD se define usando esencialmente el mismo modelo dado por la Ecuación (1). La velocidad directriz se basa en las restricciones geométricas y en la velocidad observada en secciones adyacentes, más que en la consideración de una clasificación general de plataformas. Se usa un tiempo total de percepción y reacción de 2 s. La distancia de frenado se basa en un coeficiente de fricción de frenado como para evitar excesivas molestias al conductor. Un coeficiente de frenado de 0.375 se logra en condiciones de humedad en la superficie normalmente sin pérdida de control; sin embargo, la tasa máxima deceleración cómodo utilizada en el diseño se basa en un coeficiente de frenado de 0.25.(4) fT (V) = 0.214 (V/100)2 - 0.640 (V/100) - 0.615

(10)

Para determinar el arrastre aerodinámico usando la Ecuación [10] y evitar la excesiva incomodidad del conductor se supone:  Coeficiente de arrastre, Cw = 0.46  Área frontal de vehículo, A = 2.21 m2 para automóvil  Masa del vehículo, m = 1175 kg Canadá La política canadiense de DVD es similar a la de los EUA tratada más adelante, excepto que se convirtió a las unidades métricas en una época anterior, con redondeos diferentes de los valores de diseño. La práctica actual difiere de la de los EUA en que para representar la altura de las luces traseras se eligió una altura de objeto de 0.38 m. Francia Para desarrollar y promocionar las políticas de diseño, en Francia los responsables son el Ministerio de Transporte, División Caminos, y la División Seguridad y Tránsito Vial.(6). Primariamente, las normas se aplican a los caminos nacionales, pero generalmente también a los caminos urbanos. Aunque no está directamente documentado, el francés no cree que la DVD sea muy importante para el diseño vial porque sus estudios de accidentes sugieren que los accidentes contra objetos fijos no son comunes. El objeto más común chocado es el peatón, accidente que totaliza el 5 por ciento de los accidentes rurales y el 8 por ciento de todos los accidentes mortales. Típicamente, tales accidentes ocurren durante la noche, cuando la DVD no es el factor que limita la visibilidad. (6) Por lo tanto, las nuevas guías francesas usan un altura de objeto de 35 cm, que representa la altura de faros traseros de un vehículo. MATERIAL DIDÁCTICO DE CONSULTA NO- COMERCIAL CURSOS UNIVERSITARIOS DE POSGRADO ORIENTACIÓN VIAL

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-25

Esta altura también es suficiente para cubrir un peatón, la causa más común de accidentes. Las guías francesas establecen que cuando la DVD sea difícil de proveer y la plataforma tenga una banquina pavimentada, entonces una opción aceptable es acomodar una maniobra evasiva mediante la provisión de DV igual al desplazamiento lateral para 3.5 s en la velocidad del 85° percentil del tránsito. Esta DV se mide desde la altura de ojo del conductor hasta la superficie del pavimento. En caminos existentes, consideran la provisión de distancia de visibilidad de intersección, DVI, visibilidad de curvas, y la regla del desplazamiento lateral para la DVD, como los asuntos de DV más importantes. Alemania En Alemania, la política de diseño de la DV usa una velocidad directriz basada en el prevaleciente 85° percentil de la velocidad del tránsito.(7, 8, 9, 10, 11) Se usan tiempo de reacción al frenado de 2 s en caminos rurales y 1.5 s en calles urbanas. Para representar el coeficiente de frenado a cualquier velocidad en la maniobra de desaceleración, en Alemania se usa la Ecuación [11]. f (V) = 0.241 ( V/100)2 - 0.721 (V/100) - 0.708

(11)

Para determinar el arrastre aerodinámico de la Ecuación [9], en Alemania se supone: Coeficiente de arrastre Cw = 0.35 Masa vehículo, m = 1304 kg Área frontal vehículo, A = 2.08 para un vehículo-de-pasajeros. La longitud de las curvas verticales se determina sobre la base de una altura de ojo de 1 m para vehículos-de-pasajeros o 2.5 m para camiones, y de una altura de objeto que varía de 0 a 45 cm en función de la velocidad del 85° percentil. Grecia En Grecia, la política de DV usa una velocidad directriz basada en el 85° percentil de la velocidad del tránsito. Se usan tiempo de reacción al frenado de 2 s en caminos rurales y 1.5 s en calles urbanas. En la maniobra de desaceleración, para representar frenado a cualquier velocidad, se usa la Ecuación [12]. fT(F) = 0.151 (V/100)2 - 0.485 (V/100) - 0.59

(12)

Para determinar el arrastre aerodinámico según la Ecuación [9], en Grecia se hacen las mismas suposiciones que en Alemania. (12) Sudáfrica En Sudáfrica, el diseño de la DVD se basa en un tiempo de percepción y reacción de 2.5 s. Los criterios de DVD se basan en una velocidad de operación que, para velocidades superiores a 50 km/h, es menor que la velocidad directriz. Por ejemplo, para una velocidad directriz de 120 km/h, el diseño de la DVD se basa en una supuesta velocidad de operación de 101 km/h.

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A4T1-26

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

Suecia La Administración Nacional de Vialidad Sueca es responsable de todos los aspectos de la Red Vial Estatal. Para caminos rurales se requiere la adhesión a las normas de diseño; sin embargo, sólo se recomiendan para carreteras urbanas. (13) La ecuación de la DVD considera tiempo de frenado de diseño, y fricción de frenado de diseño. Para la ecuación, las variables adicionales necesarias incluyen la altura del vehículo de 1.35 m, la altura del ojo de 1.1 m, altura de objeto de 20 cm, y ángulo mínimo de visibilidad de 1’ como el mínimo ángulo óptico que debe cubrir un objeto para permitir que el conductor de un vehículo lo distinga a la luz del día. La parte del objeto requerida para ser visible varía desde 1 cm para un objeto de 20 cm a una distancia de 50 m, hasta 9 cm a una distancia de 300 m. El tiempo de reacción al frenado de 2 s es el tiempo transcurrido desde el momento en que un conductor tiene la capacidad física de percibir una obstrucción en el camino, hasta el momento en que comienza una reacción de frenado entre los neumáticos y el camino. Para calcular la DVD nocturna se usa una altura de faros delanteros de 60 cm. Generalmente, en Suecia la DVD no es un parámetro importante de diseño porque les resulta difícil cuantificar los beneficios de variar las distancias de visibilidad en su marco beneficio/costo; sin embargo, a través de un estudio a pequeña escala determinaron que los accidentes crecen al crecer la relación entre número de ubicaciones con menos de 300 m de DV y la longitud total del camino. Suiza En Suiza, para determinar la DVD sólo se dispone de unos pocos detalles, pero se sabe que el diseño de la DV se basa en una altura de ojo del conductor de 1 m, y una altura de objeto de 15 cm (14). El diseño de la DV se basa en un concepto de velocidad de operación similar al de velocidad de proyecto usado en Austria. Estados Unidos de América En los EUA, las políticas de diseño se basan en las políticas de la AASHTO, cuyas velocidades de diseño se eligen primariamente sobre la base de la clasificación funcional y no dependen estrechamente de las velocidades de operación, como en otros países.(15) El tiempo de reacción al frenado supuesto en la norma sobre DVD de AASHTO es de 2.5 s. Los coeficientes de fricción del frenado varían desde 0.4 para una velocidad directriz de 30 km/h hasta 0.28 para una velocidad directriz de 120 km/h. La política de AASHTO para seleccionar las longitudes de las curvas verticales se basa en la suposición de una altura de ojo de conductor de 1.07 m y una altura de objeto de 15 cm. Debería advertirse que la política sobre DVD en los EUA está actualmente bajo la revisión del Proyecto NCHRP 3-42, y que los cambios a esa política pueden ser próximos. 2.3

Comparación de los Valores de Diseño de la DVD

En la Tabla 1 y Figura 1 se comparan los valores de diseño mínimos requeridos de DVD de los países revisados. Como se muestra, los valores de diseño de los EUA están cerca del extremo superior del rango, y los de Canadá cerca del extremo inferior del rango.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-27

TABLA 1 Comparación de distancia visual mínima requerida para terreno llano usada en países seleccionados

NOTA: Valores de tiempos de percepción-reacción (t) generalmente usados para caminos rurales

FIGURA 1 Comparación de mínimas distancias visuales de detención para terreno plano usadas en países seleccionados.

Las principales presunciones usadas para determinar los valores DVD son el tiempo de reacción al frenado y el coeficiente de fricción de frenado. Todos los países revisados usan tiempos de reacción al frenado de 2 s para caminos rurales, excepto Australia (sólo para las más altas velocidades), Canadá, Sudáfrica y los EUA, los cuales usan 2.5 s. En la Tabla 2 y Figura 2 se comparan los coeficientes de frenado de fricción supuestos para determinar la DVD. Al interpretar la Tabla 2 y la Figura 2 debería recordarse que la mayoría de los valores dados del coeficiente de fricción representan valores supuestos constantes en todo el rango de velocidad, en tanto que los valores de Austria, Alemania y Grecia varían con la velocidad durante la maniobra de frenado.

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A4T1-28

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

TABLA 2 Comparación de los criterios de coeficientes de fricción longitudinal usados en la distancia visual de detención de diseño.

NOTA: Se asume que los factores de fricción longitudinal dados por Austria, Alemania y Grecia disminuyen al aumentar la velocidad inicial de una maniobra de desaceleración. Los factores de fricción longitudinal para otros países representan una tasa constante promedio durante toda la maniobra.

FIGURA 2 Comparación de los criterios de coeficientes de fricción longitudinal usados en la distancia visual de detención de diseño.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-29

La distancia visual de detención según el Libro Verde - AASHTO 2001 Francisco Justo Sierra - Ingeniero Civil UBA - Monografía Provial 2002 https://docs.google.com/folder/d/0BxLPNTrCi_7uOENwNGZZbDZXT2M/edit?pli=1&docId=0 BxLPNTrCi_7uOUJXbGVBRHZvWTA http://www.copaipa.org.ar/menu.php?seccion=SeguridadVial DISTANCIA VISUAL DE DETENCIÓN 1

Antecedentes

Para redactar las principales normas básicas de Diseño Geométrico DNV -1967, VN67, el Ing. Federico G. O. Rühle se basó parcialmente en las recomendaciones de los Libros Azules - AASHTO 1954 y 1965, A54, A65. Pasados ya 35 años de vigencia de las VN67, conviene que los proyectistas viales conozcamos las posteriores modificaciones de AASHTO para decidir su eventual adopción. En relación con la Distancia de Visibilidad de Detención, DVD, las VN67 consideran calzada seca y velocidad inicial igual a la Velocidad Directriz, VD. Se arguye que las DVD así obtenidas son suficientemente seguras para calzada húmeda, si la velocidad inicial de frenado es aproximadamente igual al 90 por ciento de la VD. Las normas A65 consideraban calzada húmeda y velocidad inicial de frenado entre el 80 y 93 por ciento de la VD. Después, en la Adenda-1971, A71, AASHTO mantuvo la condición de calzada húmeda, pero con velocidad inicial igual al ciento por ciento de la VD, de lo que resultaron DVD bastante superiores a las de VN67; resultado nada sorprendente dada la gran sensibilidad de la DVD a los cambios de velocidad. En el Libro Verde 1990, A90, AASHTO mantuvo condiciones de calzada húmeda, llamó rango superior a las DVD calculadas según la VD, e introdujo un rango inferior para las DVD calculadas según una velocidad inicial de frenado igual a la velocidad media de marcha, VM, función empírica de la VD. El A90 -en sistema inglés como todos los anteriores-se publicó en 1994 en el sistema métrico, A94. En todas estas versiones, el coeficiente de fricción longitudinal neumáticos-calzada y consecuentemente la desaceleración se suponían constantes durante el frenado, pero probadamente decrecientes al crecer la velocidad inicial. En el Libro Verde 2001, A01, se eliminan los dos rangos de A90/94 y se consideran coeficiente de fricción y desaceleración únicos y constantes, independientes de la velocidad inicial de frenado. Resultan DVD intermedias entre las de los rangos superior e inferior de A90/94; es decir, menores que las del rango superior, por lo que se menoscaba la Seguridad Vial. Además, para el cálculo de las curvas verticales convexas se aumentan las anteriores alturas de ojo-conductor y objeto de 1.07 y 0.15 m a 1.08 y 0.60 m, respectivamente, por lo que también se menoscaba la Seguridad Vial. 2

Propósito

Obviamente, con todo derecho, AASHTO establece sus políticas de diseño geométrico según las condiciones previsibles de los caminos norteamericanos; en particular pavimentos de alta calidad, superficies de alta resistencia al deslizamiento, mantenimiento constante. Como por razones de presupuesto, en nuestros pobres caminos es difícil mantener un alto nivel de calidad, por razones de SV el propósito de este trabajo es insistir en recomendar la adecuación de las normas DVD de VN67 a las A94, y no a las de A01. Además se objetan conceptualmente las razones esgrimidas para los cambios de A01 relacionados con la DVD y con el cálculo de las longitudes mínimas de las curvas verticales convexas.

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A4T1-30 3

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

Distancia de Visibilidad de Detención

Una de las características que más contribuyen a la circulación segura, libre de sorpresas y tensiones es contar continuamente con la debida visibilidad como para poder anticipar cómodamente las maniobras siguientes a realizar. De ahí que al establecer las curvaturas en los enlaces entre alineamientos horizontal o verticalmente rectos, es requisito básico obtener una visibilidad satisfactoria. Cualquiera que sea su categoría, a lo largo de todos los caminos se debe facilitar la maniobra de evitar el choque contra todo obstáculo que se encuentre en la calzada; para ello hay que verlo con suficiente anticipación. Desde 1940, las políticas de diseño geométrico de AASHTO definieron formalmente límites aceptables para la DVD, según un análisis racional de los requerimientos de seguridad. Una adecuada DVD depende de las velocidades de operación del camino y se obtiene mediante el diseño de alineamientos horizontales y verticales que eviten o eliminen las obstrucciones visuales. Primera Normas Aunque las normas A40 fueron las primeras formalmente promulgadas, este elemento de diseño no se ignoraba en los niveles viales oficiales antes de ese tiempo. Ya desde 1914, textos de ingeniería vial reconocían el peligro de una DV limitada. En 1916 se recomendaba proveer al menos una clara visión adelante de 75 metros; en 1924 se expandió la descripción de la DV y se recomendaba que debería ser de unos 120 metros para permitir la vista de un vehículo que se aproxime en sentido contrario; en 1926, se indicaron 150 metro; en 1935, 180 metros; en 1937 254 metros. Esto muestra que AASHTO daba guías sobre la DVD desde antes de 1940; sin embargo, los aspectos de alturas de ojo y objeto, tiempo de percepción-reacción adecuado y DF razonable no se comprendían totalmente. Datos de Campo Los estudios de la relación entre los accidentes viales y la DVD son limitados, y las mediciones de la distancia de detención, DD, ante la aparición de un peligro en la calzada mejoraron en número y precisión tomando como parámetros básicos la DD medida desde el punto donde se hace visible el peligro y la velocidad inicial, V, del móvil al comienzo del frenado. Modelos Matemáticos Se entendió que la DVD comprendía dos componentes relacionados con operaciones del conductor: la distancia recorrida a velocidad uniforme, V, durante el lapso en que el conductor advierte el peligro y reacciona para aplicar los frenos (concepto cinemático) y la distancia DF en movimiento desacelerado recorrida durante el frenado (conceptos cinemático o dinámico). La expresión general es DVD = DPR + DF. 4

Distancia de Percepción y Reacción DPR

El tiempo de percepción y reacción es uno de los parámetros de la DVD más estudiados por ingenieros viales y de tránsito, psicólogos, médicos y especialistas en estadísticas. Se han medido valores en un amplio rango, según varios factores del conductor: edad, género, educación vial, hora del día, salud, estado físico, etcétera. Cualquiera que sea el valor adoptado para el tiempo de percepción y reacción, tPR, la distancia recorrida durante tal lapso es DPR = VxtPR, expresión cinemática.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas 5

A4T1-31

Distancia de Frenado DF

Modelos matemáticos En general, sobre la base de los datos de campo V y DF, se idearon dos tipos de modelos matemáticos interrelacionados para calcular la distancia de frenado: dinámico y cinemático. El dinámico supone que la energía cinética del móvil que frena se transforma íntegramente en trabajo de fricción entre neumáticos y superficie de calzada. El cinemático supone que el frenado del móvil ocurre con movimiento uniformemente desacelerado. 6

Modelo Dinámico de DF

Coeficiente de Fricción Los datos de campo son V, DF, condiciones y materiales de las superficies de calzada y neumáticos. Para cada conjunto de condiciones, se relacionan los datos con la expresión simplificada de la igualdad entre la energía cinética y el trabajo de fricción. El coeficiente global de fricción entre neumático y calzada, f, es una resultante del modelo adoptado, y se lo supone constante durante el frenado; es un valor representativo de la fricción entre neumáticos y calzada, pero engloba también la resistencia del aire, la del rodamiento, y la interna del motor y engranajes. La expresión que permite obtener DF es una fórmula empírica de un fenómeno complejo a la cual se le dio la apariencia de provenir de un fenómeno más simple. Las diferencias entre el sencillo modelo teórico y la experiencia (mediciones) se ajustan por medio del coeficiente f. De energía cinética igual a trabajo de fricción resulta:

v2 v2  DF  f  f  2g 2g  DF

(1)

En el sistema métrico: V, m/s V, km/h g, m/s2 DF, m f

V2 V2  3.6 2  2  9.8  DF 254  DF

En la Figura se representan los valores de f para calzada húmeda de varios países americanos, excepto los de VN67 que son para calzada seca.

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A4T1-32 7

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

Modelo Cinemático de DF

Desaceleración En el modelo cinemático la DF es la distancia recorrida en movimiento uniformemente desacelerado: DF 

v2 V2 V2   2a 3.6 2  2  a 25.92  a

(2)

Relacionando (1) y (2) resulta f = a/g El considerar durante el frenado movimiento uniformemente desacelerado es una conjetura simplificativa. En el mundo real se desacelera según infinitas formas; la lineal en función del tiempo es la menos compleja de medir. Es decir, a es global para todo el suceso de frenado desde el principio hasta el fin, independientemente de lo que sucede en su transcurso. 8

DF Según Libro Verde A01

En A01, AASHTO hace suyas las conclusiones de los estudios de Fambro, Fitzpatrick y Koppa, FFK, y adopta el modelo cinemático de frenado con a = -3.4 m/s², para cualquier velocidad inicial, material y condición de pavimento y neumáticos. En el equivalente modelo dinámico resulta una fricción f = 3.4/9.8 = 0.35 En sus informes, FFK reconocen que la mayoría de la gente está de acuerdo con que el modelo dinámico de DVD de A94 resulta en caminos bien diseñados; es decir, SEGUROS, EFICIENTES Y ECONÓMICOS, pese a lo cual deciden el cambio debido a la sorprendente razón de que los parámetros del modelo no representan el entorno de conducción o un manejo seguro. Así, aunque su uso resulta en un buen diseño, es difícil justificar, validar o defenderlo como un buen modelo. Como resultado de estas dificultades, se recomienda un modelo relativamente simple, basado en el comportamiento del conductor, como reemplazo del modelo actual de AASHTO. El modelo se calibró revisando la literatura, y registrando u analizando 45 conductores y 3000 maniobras de frenado, bajo una variedad de condiciones geométricas, climáticas y de sorpresa. Los resultados mostraron que la mayoría de los conductores seleccionaron desaceleraciones de 3.4 m/s² o mayores. Esta desaceleración puede obtenerse sin perder el control del volante y está cerca de los valores definidos como cómodos por los textos de ingeniería de tránsito. Comentarios Dicho gráficamente, esto es poner el carro delante del caballo. Con un modelo matemático se procura representar un objeto o suceso en lenguaje matemático, NO ES el objeto o suceso, sino su representación más o menos precisa según el número y calidad de los datos y aptitud del analista. La bondad de un modelo matemático se basa en los RESULTADOS, no en los valores de los parámetros interiores de cálculo. La resolución de la DF más que un problema de la Física, es un problema de Comportamiento Humano, Registro de Accidentes y, principalmente, Estadístico; para el cual se emplean expresiones de la Física, cuyos resultados se ajustan a la realidad probable por medio de coeficientes. Principalmente interesan los registros de velocidad, comodidad de los usuarios, distancia de frenado real según diversas condiciones de neumáticos y pavimento, frecuencia y gravedad de accidentes, calidad del parque automotor.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-33

Se reitera el punto clave: a se determina indirectamente a partir de pares de datos medidos en campo V y DF; tal como si se hubiera determinado f en el modelo dinámico:

a

V2 25.92  DF

;

f

V2 254  DF

Si, según tales pares de valores V y DF medidos en campo para calibrar el modelo cinemático resultó estadísticamente a = -3.4 m/s² para cualquier valor de V, entonces también f resulta constante, f = 0.35, para cualquier valor de V. Pero, durante décadas, hasta 1994 en los Libros Azules, Rojos y Verdes, AASHTO sostuvo: El factor f se usa como resultado de un valor general o único, representativo de todo cambio de velocidad. Las mediciones muestran que f no es el mismo para todas las velocidades; disminuye en cuanto la velocidad aumenta. Varía considerablemente debido a muchos elementos físicos tales como la presión y composición de los neumáticos, tipo y condición de la superficie del pavimento, y la presencia de humedad, barro, nieve o hielo. La distancia de frenado también depende del sistema de frenos del vehículo. Se tienen en cuenta las distintas variables por si f se calcula para cada prueba según la fórmula estándar.

Dado que los limitados y nuevos datos de campo de FFK merecieron la confianza de AASHTO, en lugar de cambiar de modelo hubiera sido preferible mantener el dinámico y anunciar que debido a nuevas modalidades de conducción observadas resulta un frenado con un f constante igual a 0.35, independiente de la velocidad inicial, de la superficie seca o húmeda, del material y terminación de la superficie de la calzada; material, estado, presión y dibujo de los neumáticos, ... lo cual el buen juicio indica muy difícil de probar, pero que se evitó explicitar con el cambio de modelo. Como pidiendo disculpas, en A01 se dice al pasar: para asegurar que los nuevos pavimentos tengan y retengan coeficientes de fricción comparables a la tasa de desaceleración (3.4 m/s²) usada para desarrollar la Tabla 3-1 (modelo cinemático) los diseños de pavimento deberían cumplir los criterios establecidos en las Guidelines for Skid Resistant Pavement Design de AASHTO.

Moraleja que avalaría don Friedrich: algunos enturbian las aguas para que parezcan más profundas... 9

Comparación de DVD

En las Figuras se representan DF y DVD en función de V según A94 (rangos superior e inferior) y A01. La diferencia entre las ordenadas correspondientes de los dos gráficos es DPR. En la última Figura se representan las DF de los mismos países que los de la Figura del punto 6.

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A4T1-34

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-1

ANEXO 4T1 – CURVAS VERTICALES CONVEXAS

Centro Kiewit Infraestructuras y Transporte http://kiewit.oregonstate.edu/pdf/12-2stopping-sight-distance.pdf

Distancia visual de detención

APÉNDICE A - CURVAS VERTICALES CONVEXAS Documento de Trabajo Nº 1 Robert Layton Karen Dixon

Kiewit -2012/02 Para el Oregón DOT Salem, OR Abril 2012 Oregón State UNIVERSIDAD 111 Kearney Salón Corvallis, OR 97331 cce.oregonstate.edu

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A4T1-2

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010 APÉNDICE A Evaluación del criterio de altura de objeto de 60 cm

En este apéndice se evalúa la eficacia de la utilización de una altura de 60 cm de objeto para el análisis de distancia visual de detención, tal como se propone en el nuevo 2001 AASHTO Greenbook. El nuevo 2001 AASHTO Greenbook establece 60 cm de altura de objeto para distancia visual de detención, ya que representa la altura de la luz trasera de un automóvil, el objeto que tiene más probabilidades de ser golpeado en un accidente. Este objeto de la altura en la superficie parece razonable y prudente. Sin embargo, hay un número de cuestiones que deben ser considerados cuando el aumento de la altura del objeto a partir de 15 cm a 60 cm, incluyendo: 1. El objeto más frecuentemente golpeado en la calzada es un automóvil, ya que es el objeto más frecuentemente encontrado en el camino. 2. Otros objetos de 15 cm a 60 cm no se ven afectados con frecuencia debido a las normas de distancia visual de detención anteriores proporcionan la distancia visual de ver un objeto de 15 cm o más. 3. Los objetos de menos de 15 cm por lo general no causan accidentes, ya que un vehículo puede pasar por encima de ellos, o que no tienen suficiente masa para dar mayores problemas. 4. Elementos del diseño en el camino no es visible desde una distancia previa adecuada para dar cabida a las operaciones de seguros en el camino de geometría viales diseñados en base a un 60 cm Altura de objeto. 5. Distancia de visibilidad faro sobre una curva vertical de cresta en la noche está muy restringido, y peligroso para las curvas verticales diseñadas sobre la base de un objeto de 60 cm de altura. La sección de camino que es visible para un conductor a distancia visual de detención se reduce sensiblemente, es decir, las pendientes laterales, secciones zanja y otras señales visuales que los conductores utilizan para operar su vehículo no están disponibles. Por lo tanto, se podría esperar conductores desconocidos para frenar en estos lugares. Otros pilotos van a tener menos tiempo para reaccionar y adaptarse a las condiciones del camino. Una comparación de la distancia de vista previa para un objeto de 15 cm para una curva vertical diseñado bajo los criterios de 2001, en comparación con los criterios de 1990 a 1994, se muestra cómo se convierten en operaciones restringidas a los nuevos criterios. Ejemplo - Comparación del diseño de una típica curva vertical de 50 mph

Dado: SSD 2001 = 425’;

SSD 1990-1994 = 475’

Speed Design = 50 mph G1 = +4%, G2 = -2%

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-3

Longitud de la curva vertical requerida: La longitud de la curva vertical se redujo casi a la mitad con los nuevos criterios, 504 pies frente a 960 pies Anterior distancia de detención para altura de objeto de 0.5 ft. Para diseño de curva 2001 (con altura de objeto 2 pies: La distancia vista previa disponible es 333 pies para ver un objeto de 0.5 ft, donde la distancia visual disponible bajo los criterios 1990-94 requiere 475 pies para los criterios de 2001. Mínimo tiempo de maniobra disponible: Si suponemos que el vehículo puede maniobrar alrededor del objeto ft 0.5 con un movimiento lateral cómodo, sólo 4,5 segundos el tiempo de viaje están disponibles para esta maniobra, mientras el vehículo viaja 333 pies a 50 mph; TT Prov. = 333/(1.47x50) = 4.5 s  Ver AASHTO Geometric Design Greenbook o Topografía texto Ruta para el desarrollo de la ecuación Tiempo total de maniobra requerido

La distancia total que se requiere para maniobrar alrededor de un objeto es la distancia percepción/reacción más la distancia de maniobra. Se han observado velocidades de movimiento laterales típicos de 3-4 pies/s. El tiempo de maniobra requerido para la curva de ejemplo, en las zonas rurales y urbanas, es mayor que la disponible, por 1 segundo y 2 segundos urbano rurales, respectivamente, como se muestra a continuación.

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A4T1-4

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

Si asumimos que tenemos una distancia de vista previa que es igual a la distancia visual de detención, también es insuficiente. Como se muestra, se requiere 5,8 segundos frente a 4,5 segundos provistos. Distancia previa

= SSD

Tiempo previo

= 425/(1.47 x 50) = 5.8 s > 4.5 s

Además, si nos fijamos en la condición del alcance visual pavimento con una altura de objeto igual a “0”, la distancia de visibilidad pavimento disponible es;

Sólo 3,3 s. del tiempo de viaje y 242 pies de distancia de viaje están disponibles para un piloto para ver el pavimento, reaccionar y maniobrar el vehículo. Es evidente que muy poco por la distancia o la maniobra estándar distancia de visibilidad de parada. Distancia visual de faro sobre una curva vertical convexa

La distancia de visibilidad de los faros sobre una curva vertical de cresta se ha acomodado, algo, por la altura más conservador de los criterios objeto de 15 cm. Sin embargo, la distancia de visibilidad de los faros sobre una curva vertical de la cresta está restringido para las curvas verticales proyectados con 2.0 pies 60 cm Altura de objeto. Para el ejemplo de la curva anterior, se proporciona solamente 366 pies de un vehículo que está parado y sin luces traseras encendidas, donde el reflejo de las luces traseras de los faros del vehículo muestra que el objeto. Aviso para la curva ejemplo, un objeto debe ser de 3,5 pies (1080 mm) de alto para ser visible con los faros en la distancia de visibilidad de parada de 425 pies, hay objetos de menos de 3.5 pies (1080 mm) se encendían por el faros de 425 pies Por lo tanto, no es adecuada distancia visual de detención en la noche de los objetos de menos de 3.5 pies (1080 mm).

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-5

S.D. de faro sobre ejemplo de curva vertical convexa “2001” con altura de faro de 2 ft. Para un objeto de 2 ft. de altura:

Por lo tanto, el tiempo de viaje de 5 s requerido para ver y detenerse antes de un objeto 2 pies cm es sólo ligeramente mayor que el tiempo de maniobra disponible que sea necesaria para evitar el objeto. S.D. de faro con faro de 2 pies y objeto de 0.5 ft. sobre el ejemplo “2001” de curva vertical:

La distancia visual de los faros a un objeto de 0.5 ft. en el camino es:

El conductor no puede ver un objeto de hasta que esté a 275 pies de distancia, con una distancia visual de detención requerido de 425 pies El tiempo de viaje de 3,7 s. para el objeto es menor que el tiempo de maniobra requerido de 4,5 s. para evitar el objeto.

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A4T1-6

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

S.D. faro al pavimento con faro según ejemplo “2001” de curva vertical:

La distancia desde la que el pavimento se puede ver es;

Esto proporciona tiempo para la percepción/tiempo de reacción para el diseño de, pero no deja tiempo para la acción de dirigir para evitar una condición en el pavimento, como por ejemplo, un bache. El tiempo disponible para percibir, reaccionar y seguir el carril cómodamente no es suficiente.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-7

PRÁCTICAS INTERNACIONALES DE DISEÑO DE LA DISTANCIA VISUAL DE DETENCIÓN Douglas W. Harwood, Midwest Research Institute Daniel B. Fambro Texas A&M University Bruce Fishburn, Roads and Traffic Authority of New South Wales Herman Joubert, African Consulting Engineers, Inc. Rüdiger Lamn, University of Karlsruhe Basil Psarianos, National Technical University of Athens http://pubsindex.trb.org/view.aspx?id=659700 Traducción y Resumen CURVAS VERTICALES CONVEXAS

La longitud mínima de curvas verticales está controlada por la DVD requerida, altura de ojo del conductor, y altura de objeto. Esta longitud de curva requerida es tal que por lo menos en todos los puntos a lo largo de la curva se disponga de la DVD calculada según las Ecuación (1) y (2): DVD = SSD = 0.278 Vo t + Vo2 / 254f DVD = SSD = 0.278 Vo t + Vo2 / [254 (f ± i)]

(1) (2)

En (2), i es la pendiente media. [i = ½ (i1 + i2) = pendiente de la cuerda = pendiente de la tangente en el punto medio de la curva vertical. En Gran Bretaña, la altura de ojos del conductor utilizada para determinar la longitud de la curva vertical varía de 1.05 a 2 m; y la altura de objeto de 0.25 a 2 m. Pueden usarse las fórmulas siguientes para determinar la longitud requerida en curvas verticales convexas y cóncavas, a partir de las suposiciones sobre las pendientes adyacentes y las alturas de ojo y objeto. Para curvas convexas: L = AD2 / [200 [(√h1 + √h2)]2 L = 2D + [200(√h1 + √h2)2] / A

DL

(3) (4)

Donde: L = longitud requerida de curva vertical, m D = S = distancia visual, m A = diferencia algebraica de pendientes, % h1 = altura ojo sobre superficie calzada, m h2 = altura objeto sobre superficie calzada oculta desde la vista del conductor, m Para curvas cóncavas: L = AD2 / [2(h3 + D tan ψ)] L = 2D - [2(h3 + D tan ψ)] / A]

DL

(5) (6)

Donde: h3 = altura faros vehículo sobre la superficie de la calzada, m ψ = ángulo de divergencia superior del rayo de luz faro delantero (la mayoría de los países usa 1°; algunos usan 0°)

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A4T1-8

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

A menudo, la curvatura de las curvas verticales convexas y cóncavas se caracteriza con el factor K, definido como la longitud de la curva vertical dividida por su diferencia algebraica de pendiente, m/%, mostrada en la Ecuación [7]. K = L/A

[7]

La Tabla 3 resume las diferencias entre los países de las alturas de ojo del conductor y del objeto para determinar las longitudes de las curvas verticales. Todas las alturas de ojo supuestas están en el rango de 1 a 1.15 m para el conductor de un vehículo- de-pasajeros. Las suposiciones de altura de objeto son más variadas. Australia, Gran Bretaña, Suecia, Suiza y los EUA, cada uno supone un objeto pequeño con una altura en el rango de 15 a 26 cm. Canadá y Francia usan una altura de objeto basada en la altura de los faros traseros en el rango de 35 a 38 cm. Alemania usa un valor de altura de objeto que varía con la velocidad directriz desde 0 a bajas velocidades hasta 45 cm a altas velocidades. Una característica única de las guías suecas es que especifican una parte mínima del objeto (1’ de arco) que debe verse. TABLA 3 Comparación de criterios de alturas de ojos de conductor y objeto usadas para diseñar curvas verticales

La Figura 3 resume las guías de catorce países para determinar las longitudes de las curvas verticales convexas. Los datos para países distintos que los revisados directamente en este informe se basan en el trabajo de Krammes y Garnham. (16) Los valores mínimos de K se basan en la DVD requerida, como también las alturas de ojo y objeto. Muchos países especifican curvas verticales parabólicas; la mayoría de los países europeos especifican curvas verticales circulares, pero, por conveniencia, las replantean en el campo como parabólicas. Para una curva vertical circular, el valor 100K representa el radio de la curva vertical. Sin embargo, debería reconocerse que, para un valor dado de K, las rasantes de las curvas parabólicas y circulares difieren sólo en unos pocos cm. En la Figura 4 se comparan las guías para las curvas verticales cóncavas. Algunos de los países revisados, incluyendo los EUA, para la curva vertical cóncava usan criterios basados en la altura de los faros delanteros; otros países consideran a las curvas verticales cóncavas como menos críticas con respecto a la seguridad, y basan sus guías de diseño en la comodidad y apariencia.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-9

FIGURA 3 Comparación de valores-K mínimos para curvas verticales convexas de países seleccionados.

FIGURA 4 Comparación de valores-K mínimos para curvas verticales cóncavas de países seleccionados

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A4T1-10

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

PÁGINA DEJADA INTENCIONALMENTE EN BLANCO

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-11

La distancia visual de detención según el Libro Verde - AASHTO 2001 Francisco Justo Sierra - Ingeniero Civil UBA Monografía Provial 2002 – Cenattev, Buenos Aires https://docs.google.com/folder/d/0BxLPNTrCi_7uOENwNGZZbDZXT2M/edit?pli=1&docId=0 BxLPNTrCi_7uOUJXbGVBRHZvWTA http://www.copaipa.org.ar/menu.php?seccion=SeguridadVial CURVAS VERTICALES CONVEXAS

La longitud L mínima básica (L ≥ DVD) de las curvas verticales convexas resulta de la expresión:

L



A  DVD 2

100 2h1  2h2



2

 B h  A  DVD 2

Donde: h1 = Altura ojo conductor h2 = Altura objeto B (h) = Coeficiente de alturas de objeto y ojo conductor, 1/%m A = Diferencia algebraica de pendientes, % DVD = Distancia Visual de Detención, m

A primera vista se advierte la gran sensibilidad de L a las variaciones de V. L es función cuadrática de DVD, la cual es función cuadrática de V, por lo cual resulta L función de V a la cuarta potencia. L es directamente proporcional a A y B (h2)

Coeficiente de alturas de objeto y ojo conductor, B (h) En la Figura se representa B (h1) en función de h1 para h2 constante según A94 y A01.

Cualquiera que sea h2, a primera vista se advierte la casi nula sensibilidad de B(h1) en el rango de h1 representado, entre 100 y 124 cm

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A4T1-12

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

En las Figuras se representa B(h2) en función de h2 para h1 constante según A01, A94 y VN67.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-13

Cualquiera que sea h1, a primera vista se advierte la gran sensibilidad de B(h2) hasta aproximadamente h2 = 30 cm.

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A4T1-14 11

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

Las curvas verticales convexas y la seguridad

Según el Ing. Ezra Hauer, EH, (4) el diseño de las curvas verticales convexas no se basa en hechos empíricos, sino en una plausible conjetura. Al fundar el diseño vial en una conjetura no demostrada, se corta la conexión entre la realidad y la seguridad vial (medida por la frecuencia y gravedad de los accidentes). El diseño de las curvas verticales convexas se vuelve un ritual fundado en una idea preconcebida sobre cuál es la causa de fallas (choques) en las curvas verticales. Sobre la altura de objeto h2, EH cuenta una interesante historia: Originalmente, en 1940, las normas norteamericanas establecieron una altura de 10 cm. Quienes escribieron la norma no tenían ningún obstáculo particular en la mente, aunque el rumor se refería al criterio del perro muerto. Al incrementar la altura de objeto de 0 hasta 10 cm la requerida longitud de curva vertical se reducía en 40 %... el uso de una altura de objeto mayor... resulta en poca economía adicional... Aquí, la economía se refiere al movimiento de suelos...Así, se eligió una altura de 10 cm, no porque los obstáculos más bajos no fueran una amenaza para la seguridad, sino porque la selección de un obstáculo más alto no ahorraría mucho en el costo de construcción. Luego, alrededor de 1961, en los flamantes modelos de automóviles h1 era mucho más baja que una o dos décadas anteriores, y sus conductores no podían ver realmente los objetos de 10 cm a la prescrita DVD... de la noche a la mañana las curvas convexas se convirtieron en subestándares. La solución no fue difícil, dado que el obstáculo de 10 cm no era un objeto real ni elegido sobre la base de ninguna relación factual con la seguridad... se notificó que la pérdida de la distancia de visibilidad resultante de la menor h1 podría compensarse ... suponiendo un objeto de más de 10 cm. En A65 los obstáculos de 15 cm se volvieron la norma de diseño. Los hombres prácticos de la comunidad vial estaban luchando con el surrealista problema de fijar la altura de un objeto imaginario, de naturaleza no especificada, con el cual los conductores chocarían con una frecuencia desconocida. La decisión para el valor de h2 puede consistir en adoptar 0 cm como en Alemania, 10 y luego 20 en los EUA, 20 en Australia (y en VN67) y casi 40 en Canadá. Consecuentemente, los ingenieros viales recorren el ritual de diseñar exactamente las curvas verticales convexas que cumplan con la norma actual - sin embargo arbitraria y actúan así con la profundamente enraizada y honestamente defendida creencia de que esto satisface el interés por la seguridad. Es más costoso construir carreteras para asegurar que todos los obstáculos sean visibles y es más económico construir carreteras para asegurar sólo la visibilidad de las luces traseras. ¿Puede uno tomar una decisión racional acerca de una norma si la cantidad de deterioro en la seguridad vial es desconocida? Seguramente, para tomar decisiones racionales de esta clase se requiere conocer la relación entre DVD y la seguridad. Las suposiciones y conjeturas basadas en la intuición, la experiencia y nociones preconcebidas son insuficientes. Fin de la cita.

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ANEXO 4T1 – Curvas Verticales Convexas

A4T1-15

Comentario Para relacionar el diseño de las curvas verticales convexas con la seguridad se requiere el estudio estadístico de una gran base de datos de los accidentes ocurridos en ellas contra objetos de cualquier altura en la calzada: número y gravedad de los accidentes, velocidad, DVD, visibilidad diurna o nocturna. Al establecer la correlación ente DVD en las curvas convexas y la seguridad, se podría hallar cuánto tendría que valer el parámetro h2 del coeficiente B(h2) para que el valor de L satisfaga la correlación entre DVD y seguridad (menor número y gravedad de accidentes), y punto. Si tal parámetro resulta de 60 cm, por ejemplo, no tratar de querer demostrar que un obstáculo de 60 cm de altura es más peligroso que otro de 15 o 30 cm. No, sólo es el valor de un parámetro de un modelo, al que no debe confundirse con el suceso. FFK, al relacionar la DVD en las curvas convexas con la seguridad hallaron un h2 de 60 cm que asimilaron a la altura de los faros traseros: Pero entonces se trataría sólo de operación nocturna. Para operación diurna hubiera sido más convincente hablar del peligro de la vaca echada en la calzada, o de otro obstáculo de altura similar. 12

El A01 y el IHSDM

Parecería que algunos organismos viales norteamericanos se sintieron obligados a hacer coincidir el cambio de milenio con la publicación de nuevas versiones de sus normas; por lo menos así ocurrió con el MUTCD y el Libro Verde. Quizás hubiera sido preferible postergar estas publicaciones hasta después de la aparición del IHSDM. Para fines de este año la FHWA anuncia la publicación de su Interactive Highway Safety Design Model -Modelo Interactivo para Diseñar la Seguridad Vial -para incorporar a los programas viales de computación. Será una formidable herramienta para correlacionar las características geométricas con la Seguridad Vial, desarrollada durante más de 10 años a un costo varias veces millonario y que probablemente pondrá en evidencia -sin proponérselo algunas inconsistencias de las modificaciones introducidas, quizás de apuro, en el A01. 13

La DVD en las curvas convexas y la responsabilidad civil

Según el Dr. Ing. John Glennon, en los EUA la mayoría de las demandas por daños y perjuicios referidas a DVD comprenden una DVD existente considerablemente menor que la normada por AASHTO. Las DVD deficientes son más perjudiciales cuando ocultan una intersección próxima, curva cerrada, puente angosto, u otras Incoherencias del camino, más que un objeto en la calzada. Muchas veces, combinaciones tales se usarán para argüir que la negligencia comparativa de uno o dos conductores en un accidente fue mínima porque los defectos del camino fueron los factores causales principales. Más a menudo, en litigios sobre responsabilidad civil por DVD restringida, la causal será la gravedad de la restricción de la visibilidad en términos de cuán desviada la velocidad directriz efectiva estaba del límite de velocidad prevaleciente. Normalmente, para límites de velocidad de 72-105 km/h, las velocidades de diseño de la DVD de 24 a 48 km/h por debajo del límite de velocidad son objeto de reclamos por daños y perjuicios.

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A4T1-16

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

14 Sensibilidad de los parámetros de las curvas convexas Ejemplo numérico curva convexa según A01

Datos v: A:

100 km/h 5 % (i1 = 2.5 %; i2 = - 2.5 %)

Solución B(h2) = 0.0015 (1/%m) DVD = 182 m L = B(h) x A x DVD² = 0.0015 x 5 x 182² = 250 m Para h2 = 0.15 hubiera sido: L = 0.0027 x 5 x 182 = 450 m

Este valor de L correspondería a una DVD = 245 m y V = 118 km/h. Este sencillo ejemplo numérico según A01, en el cual el resultado de disminuir h2 de 0.60 a 0.15 m (-75%) es el mismo que aumentar V de 100 a 118 km/h (+ 18%), da idea de la muy distinta sensibilidad de L en relación con h2 y V.

15

Referencias

1.

Ing. Francisco J. Sierra. Elementos de Diseño Geométrico DNV 1967 - AASHTO 1994. Monografía XII Congreso Argentino de Vialidad y Tránsito. Buenos Aires octubre 1997. http://www.copaipa.org.ar/menu.php?seccion=SeguridadVial Dr. Ing. John Glennon. Defectos Viales y Responsabilidad por Daños y Perjuicios. Lawyers and Judges Publishing. Traducción/Resumen, Ing. FJS, 2002. https://docs.google.com/folder/d/0BxLPNTrCi_7uS0dpcnZGazE0QzQ/edit?pli=1&docI d=0BxLPNTrCi_7uMWVhazFTMjNPdWs http://www.copaipa.org.ar/menu.php?seccion=SeguridadVial Daniel Fambro, Kay Fitzpatrick, Rodger Koppa. Nuevo Modelo de la DVD para usar en el diseño geométrico vial. Universidad Texas. Traducción, Ing. FJS, 2002. http://www.nationalacademies.org/trb/publications/geom/ch33.pdf Ing. Ezra Hauer. La Seguridad en las Normas de Diseño Geométrico. Universidad de Toronto, Canadá, 1999. Traducción- Ing. F.J. Sierra, 2002. http://members.rogers.com/hauer/Pubs/095Safety in Geometric Design.pdf https://docs.google.com/file/d/0BxLPNTrCi_7udnBxc0xwZ3J3dG8/edit?pli=1 http://www.copaipa.org.ar/menu.php?seccion=SeguridadVial

2.

3.

4.

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ANEXO 5T1 – Distribución del peralte en las curvas horizontales

A5T1-1

ANEXO 5T1 – DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE EN CURVAS HORIZONTALES 1

FRICCIÓN LATERAL MÁXIMA Y RADIO MÍNIMO ABSOLUTO

General En el modelo matemático de equilibrio dinámico entre acciones y reacciones contra el deslizamiento lateral del vehículo, la denominada fricción lateral depende de las condiciones de las superficies en contacto (pavimento y neumático) incluida la humedad intermedia. f = (V2/127R) – e

Donde

f adimensional V km/h Rm e decimal = e%/100

Para una velocidad dada en el rango de diseño vial (entre 25/30 y 130/140 km/h), y materiales y condiciones normalizadas de las superficies de calzada, neumáticos y humedad, al disminuir (aumentar) e, la llamada fricción lateral crece (disminuye) hasta que se rompe el equilibrio dinámico, y el vehículo se desliza hacia afuera (adentro). En el diseño vial el deslizamiento que más interesa es hacia afuera, a altas velocidades y la relación con los accidentes por salida desde la calzada (curvas a la izquierda) y frontales o por salida desde la calzada (curvas a la derecha). La fricción lateral máxima es la alcanzada cuando se inicia o es inminente el deslizamiento. En una analogía con la estabilidad de una viga sometida a esfuerzos de flexión por cargas conocidas, la fricción lateral máxima sería como una tensión de rotura, con la cual ningún estructuralista se animaría a dimensionar, ni los reglamentos se lo permitirían. Usará las tensiones admisibles, resultantes de aplicar coeficientes de seguridad normalizados según la función de la estructura. En el diseño vial no está claro si la fricción lateral máxima de diseño es realmente la máxima o incluye un factor de seguridad; y, si lo incluye, cuánto es. El radio resultante de diseñar una curva con la fricción lateral máxima es el radio mínimo, cuyos ambiguos adjetivos adicionales que figuran en algunas normas, tales como absoluto, disponible, demandada, práctico, seguro y admisible serían también aplicables al coeficiente de fricción lateral máxima. Barnett  

La fricción se opone al deslizamiento cuando no alcanza valores superiores a un cierto límite que depende del estado de las superficies, y que los ensayos permitieron fijar. Un gran número de ensayos indican que la Resistencia al deslizamiento lateral que puede ser desarrollada por un vehículo al recorrer con seguridad una curva está representada por un valor f = 0,16 para velocidades entre 50 y 100 km/h, y f = 0,14 para 120 km/h.

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A5T1-2

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

Libros Verdes AASHTO 











El límite superior del factor de fricción lateral, f, es el punto en el cual el neumático podría comenzar a patinar, conocido como punto de inminente deslizamiento (patinaje, derrape, resbalamiento. Dado que las curvas viales se diseñan para evitar el deslizamiento, los valores f usados en diseño deben ser sustancialmente menores que el coeficiente de fricción de inminente deslizamiento. En general, los estudios muestran que los factores máximos de fricción lateral desarrollados entre neumáticos nuevos y pavimentos de hormigón húmedos varían desde alrededor de 0.5 a 30 km/h hasta aproximadamente 0.35 a 100 km/h; con neumáticos gastados y pavimento similar es alrededor de 0.35 a 70 km/h. En todos los casos, los estudios muestran una disminución de la fricción lateral al aumentar la velocidad. Las curvas horizontales NO deben diseñarse directamente sobre la base de la fricción lateral máxima disponible sino con una parte de ella, que pudiera usar, con comodidad y seguridad, la vasta mayoría de los conductores. Según series de pruebas con el indicador ‘ball-bank’, los factores de fricción lateral de 0.21, 0.18, 0.15 evitan la incomodidad para velocidades < 30, 40/50 y 55/80. Otras pruebas recomiendan < 0.16 hasta 100 km/h, y < 0.10 para > 110 km/h. Para diseñar, se ‘asume’ que los factores de fricción lateral disminuyen (parabólicamente) con la velocidad directriz, desde 0.4 a 15 km/h hasta alrededor de 0.15 a 70 km/h, límite superior para baja velocidad; y que para velocidades mayores la disminución es lineal, Figura 3.6 AASHTO 2011.

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ANEXO 5T1 – Distribución del peralte en las curvas horizontales

A5T1-3

DNV 67/80 (1) 



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 establecidos como seguros. El coeficiente de fricción lateral adoptado para diseñar es prácticamente el mismo que recomienda AASHO 1965, y es el máximo que ofrece un razonable margen de seguridad sin proporcionar molestias al conductor medio. La variación de este coeficiente (máximo) con la velocidad directriz es: f (máx) = 0.196 – V/1430,



fórmula empírica en la cual V es la velocidad directriz en km/h. Los coeficientes f (máx) redondeados varían entre 0.18 (30 km/h) y 0.10 (140 km/h) Si la fricción lateral f es la máxima (0,196 – 0,0007 V), y el peralte e es el límite práctico máximo, el radio resultante es el radio mínimo absoluto.

DNV 2010 (2) 

Para diseñar se adoptaron los valores de fricción transversal (lateral) representados en la Figura III-6 del Libro Verde 1994, en la cual se ‘asume’ que en todos los caminos rurales y urbanos de alta velocidad los factores de fricción lateral disminuyen linealmente con la velocidad directriz de 30 a 120 km/h, con un quiebre en 80 km/h. Para programar, gráficamente se determinaron las dos funciones lineales.

km 3V ; ftmáx  0,188  h 5000 km V ; ftmáx  0,24  Para V  80 h 800

Para V  80



V km/h 25 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

ftmáx 0,17 0,17 0,16 0,16 0,15 0,15 0,14 0,13 0,12 0,10 0,09 0,08 0,07

Para la velocidad directriz y peralte máximo dados, el radio mínimo absoluto es el correspondiente a la condición límite de seguridad contra el deslizamiento lateral; es decir, fricción transversal húmeda máxima.

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A5T1-4 2

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

DISTRIBUCIÓN DE FRICCIÓN Y PERALTE EN CURVAS DE RADIOS MAYORES QUE LOS MÍNIMOS.

Barnett 



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 vehículo hacia el exterior. Así, cuando un vehículo circule a la velocidad directriz utilizará baja fricción 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 curvas, mientras que en otras, para igual velocidad, no se utilice. Parece más conveniente proyectar de modo 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.

Sobre la base de las consideraciones anteriores, el ingeniero Joseph Barnett aconsejó contrarrestar 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 centrífuga desarrollada por un vehículo que circule al 75% (√55%) de la velocidad directriz. Libro Verde AASHTO 







Dado que las curvas viales se diseñan para evitar el deslizamiento, los valores f usados deben sustancialmente menores que el coeficiente de fricción de inminente deslizamiento. Las curvas horizontales no deben diseñarse directamente sobre la base del máximo factor de fricción lateral disponible, sino un factor menor que pueda usar con comodidad y seguridad la vasta mayoría de los conductores. Donde sea práctico, los factores máximos de fricción lateral usados en el diseño deben ser conservadores en pavimentos secos y proveer un amplio margen de seguridad contra el deslizamiento en pavimentos húmedos o cubiertos con nieve o hielo. Aunque se advierte alguna variación en los resultados de los test, TODOS están de acuerdo en que el factor de fricción lateral para diseñar debe ser menor para alta velocidad que para baja.

Para distribuir el peralte e y la fricción f en un rango de curvas correspondiente a una velocidad directriz seleccionada, AASHTO describe cinco métodos para contrarrestar la fuerza centrífuga. Para caminos rurales adopta el método 5, en el cual el peralte y la fricción lateral están en relación curvilínea con la curvatura, con valores entre los valores de los métodos 1 y 4. Método 1: El peralte y la fricción lateral son directamente proporcionales a la curvatura 1/R. Método 4: El peralte es tal que un vehículo que viaje a la velocidad media de marcha 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.

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ANEXO 5T1 – Distribución del peralte en las curvas horizontales

A5T1-5

DNV 67/80 (1) Rühle describe cuatro métodos para contrarrestar la fuerza centrífuga. Para caminos rurales adopta el método 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.

El ing. Rühle no indicó cómo se calcula el R3, a partir del cual los radios serían grandes, por lo que se desconoce además 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 unidad, por lo que resulta una representación gráfica escalonada. En un trabajo para sus cursos docentes en la EICAM, el ingeniero Moreno (3) halló que en las normas de Rühle, R3 es tal que la curvatura de R1 es el promedio de las curvaturas de R mín y R3: R3 = R1.Rm / (2Rm – R1) Donde Rm = Rmín; para (Velocidad directriz, peralte máximo y fricción máxima) R1 = radio para Velocidad media de marcha, peralte máximo y fricción nula. Como los valores negativos de R3 no tienen sentido físico, la expresión de R3 sólo es válida si 2Rm > R1. En estos casos, la variación del peralte en función de la curvatura se determina sobre los siguientes principios:  Para radios mayores que R3, la fuerza centrífuga correspondiente a Velocidad media de marcha se contrarresta únicamente con peralte: e = emáx R1/R  Para radios entre R3 y Rm se sigue una ley de variación parabólica: e = emáx (R1/R3) [R3/R – Rmín/2(R3 – Rmín) (R3/R – 1)2] Cuando R3 no toma valores significativos (2Rm ≤ R1), en la referencia (3) se recomienda adoptar curvatura de R3 = 0 y considerar una distribución entre e y f similar el Método 5 de AASHTO:  Para radios mayores que R1: e = emáx (R1/R) {1 – [(R1 – Rmín) / 2R]}  Para radios entre R1 y Rm: e = emáx {1- [(R2 / 2R2) (R - Rmín]2 / (R2 - Rmín]}

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A5T1-6

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

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. VD

VMM

Rmín: VD; ftmáx 6%

8%

10%

R1: VMM; ft=0 6%

8%

R3 10%

25 24 21 19 18 78 58 47 30 29 30 28 26 110 82 65 40 37 55 51 47 180 140 110 50 46 89 82 75 270 200 160 60 53 130 120 110 370 280 220 70 60 190 170 160 480 360 280 80 67 250 230 210 590 440 350 90 73 330 300 270 700 520 420 100 79 420 380 350 810 610 480 110 84 530 480 430 920 690 550 120 88 660 590 530 1000 770 610 130 92 810 720 650 1100 840 670 140 96 980 870 780 1200 900 720 NOTAS: Valores de radios redondeados a no más de dos cifras significativas

6%

8%

10%

-44 -68 -139 -259 -466 -862 -1807 -6314 9000 3300 2300 1800 1600

-55 -87 -194 -412 -954 -3617 5300 2100 1500 1200 1100 1000 950

-73 -122 -321 -1010 21000 1600 1100 890 800 750 720 690 680

DNV 10 (2) Se adopta el Método 3 de Rühle = Método 4 de AASHTO = Método 4 de Rûhle SIN transición gradual entre el cielo y el infierno para VMM según AASHTO 1994. 





El peralte contrarresta íntegramente (f = 0) la fuerza centrífuga de un vehículo que circule a la velocidad media de marcha, desde un radio R1 en que el peralte es máximo. Para radios menores se mantiene el peralte máximo. (Texto DNV 67/80). El peralte es tal que un vehículo que viaje a la velocidad media de marcha 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. (Texto AASHTO) El peralte contrarresta íntegramente la fuerza centrífuga de un vehículo que circule en flujo libre a la velocidad media de marcha, VMM, correspondiente a la velocidad directriz, V, desde un radio mínimo deseable en que el peralte es máximo. Para radios menores hasta el radio mínimo absoluto se mantiene el peralte máximo (Texto DNV 10).

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ANEXO 5T1 – Distribución del peralte en las curvas horizontales

A5T1-7

Ejemplo: VD = 110 km/h, emáx = 6, 8, 10%

Entre

Velocidad

e

ft

1y2 2y3 3y4 más allá de 4

V a VMM VMM VMM V

emáx Variable entre: emáx y + 2% BR=+ 2% BN=± 2%

Variable entre: ftmáx y 0 0 0 ft = 0,035

1

RmínAbs 

2

RmínDes 

3

RmínBR 

4

RmínBN 

V2 127( ftmáx  emáx ) VMM2 127emáx VMM2

127  0,02 V2 127  0,015

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A5T1-8 3

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

RADIO MÍNIMO DESEABLE

DNV 67/80 (1) 



Para una dada velocidad, a partir del radio mínimo absoluto, al crecer los radios, f disminuye. 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 colocados 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. VD km/h

Op. Noche**

100 110 120 130

250 < 380 400 < 480 600 1200 ***

Radio mínimo deseable (m)* R1 (emáx8%) f < ½fmáx (emáx8%) 610 690 770 840

400 500 600 750

NOTAS * Valores de radios redondeados a no más de dos cifras significativas. ** La suposición de velocidades menores que la directriz en operación nocturna no fueron confirmadas por la realidad, y los valores de radios mínimo deseables tabulados en el CUADRO Nº II-8 resultan contradictoriamente menores que los radios mínimos absolutos correspondiente para emáx = 8% para las velocidades directrices 100 y 110 km/h, como se destaca en la tabla de arriba. *** Llama la atención la duplicación del radio al pasar de 120 a 130 km/h.

DNV 10 (2) Se adoptó como radio mínimo deseable al correspondiente a peralte máximo (6, 8 o 10%) y fricción nula, ft = 0, para la velocidad media de marcha, VMM, correspondiente a la velocidad directriz dada, VD, según una relación estadística. Se privilegia la seguridad y comodidad de la mayoría de los conductores que circulan a velocidad 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 prototípica del 85º percentil de los vehículos en condiciones convenidas de flujo libre: sólo automóviles, intervalo igual o mayor que 5 segundos, calzada húmeda, buenas condiciones climáticas e iluminación, número mínimo especificado de registros.

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ANEXO 5T1 – Distribución del peralte en las curvas horizontales

VD

VMM

25 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

25 30 40 47 55 63 70 77 84 91 98 105 112

A5T1-9

Rmín deseable, m 6%

8%

10%

80 120 210 290 390 510 640 780 930 1100 1300 1400 1600

60 90 160 220 300 380 480 580 700 820 950 1100 1200

50 70 120 170 240 310 380 470 560 650 760 870 980

NOTAS * Valores redondeados a no más de dos cifras significativas.

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A5T1-10 4

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

COMPARACIÓN GRÁFICA AASHTO 2011 – DNV 2010

Ejemplo VD 100 km/h, emáx 6, 8, 10%

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ANEXO 5T1 – Distribución del peralte en las curvas horizontales

A5T1-11

VELOCIDAD MÁXIMA SEGURA CRÍTICA, VMSC, AASHTO 2011 – DNV 2010

Ejemplo

DISTRIBUCIÓN DEL PERALTE RECOMENDADA EN VARIOS PAÍSES PARA CAMINOS DE ALTA VELOCIDAD

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A5T1-12 5

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

AFIRMACIONES DE AASHTO 2011

Método 1

Método 3

Método 4

Método 5

NdT

Linealidad de α, e y f en función de 1/R para toda velocidad constante Método meritorio, lógico y simple Su idoneidad depende de mantener la velocidad constante Para curvas intermedias conviene dar peraltes mayores Linealidad de α, e y f en función de 1/R para la velocidad directriz, V, hasta el e práctico máximo, mantenido en las curvas de mayor 1/R, hasta 1/Rmín. Para velocidades < V, puede dar fricción negativa en radios grandes. La fricción aumenta rápidamente desde la curvatura 1/R de radio aproximadamente igual al de la mitad del rango de radios, hasta la máxima curvatura correspondiente al Rmín. Esta marcada diferencia en la fricción lateral para diferentes curvas es incoherente y puede resultar en conducción errática a la velocidad directriz o a la velocidad media de marcha. Supera la deficiencias del Método 3, pero tiene las mismas desventajas que el Método 3. Linealidad de e en función de 1/R y f nula para la velocidad media de marcha, Vm, hasta el e práctico máximo, mantenido en las curvas de mayor 1/R, hasta Rmín, con rápido aumento de la fricción lateral en proporción directa con la curvatura. El peralte máximo se alcanza cerca de la mitad del rango de curvatura 1/R. En las curvas de radios entre grandes e intermedios es deseable que e se aproxime el obtenido por este Método 4; también es deseable el Método 1 que evita el uso de e máximo para una parte sustancial del rango de radios. En el Método 5 e y f se distribuyen curvilíneamente en función de la curvatura 1/R entre las funciones lineales de los métodos 1 y 4, y razonablemente retienen las ventajas de tales métodos 1 y 4. La curva parabólica asimétrica 5 representa una distribución práctica para el peralte en el rango de curvatura (= rango de radios). Para cada velocidad directriz y peralte práctico máximo se entiende por rango total de radios (o curvaturas) de diseño al comprendido entre el radio mínimo absoluto y el de bombeo removido (e = 2%); y rango deseable de radios (o curvaturas) al comprendido entre el radio mínimo deseable y el de bombeo removido (e = 2%). Según el gráfico de comparación de ejemplo, en el rango deseable de la DNV 2010 para cualquier dada velocidad directriz, a cada R le corresponde un solo peralte, cualquiera que sea el peralte práctico máximo; en cambio en el rango total de AASHTO 2011 a cada R le corresponden tantos peraltes como peraltes prácticos máximo se representen; tres en el gráfico del ejemplo, para velocidad directriz 100 km/h. Lo cual no parece lógico ni equilibrado, ni razonable, ni otras subjetivas adjetivaciones similares de uso frecuente en las fuentes consultadas.

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ANEXO 5T1 – Distribución del peralte en las curvas horizontales 6

A5T1-13

ADOPCIONES DE DNV 2010

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 Método 4 de AASHTO). 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 reactiva 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, exudación, presión de inflado, área de pisada...) En DNV 67/80 y en todas las Políticas AASHTO sobre Diseño Geométrico se afirma fundadamente 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 -que sólo debe usarse en casos extremos, según Rühle. El Método 4 de AASHTO y A10 mantiene la condición virtuosa de fricción nula a la velocidad 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. AASHTO critica que en los gráficos de sus Métodos 3 y 4 la fricción aumenta rápidamente 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 aumento rápido de la fricción lateral al comparar AASHTO 2011 y DNV 2010, 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 NINGÚN sentido práctico ni afecta la SEGURIDAD VIAL porque las curvas inmediatas en el gráfico excepcionalmente serán inmediatas en el camino; pueden estar separadas varios 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 lateral demandada entre curvas sucesivas en el camino, según los tres criterios de seguridad 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 ∆V85, 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 la relación 1:1.5 entre los radios de dos curvas sucesivas por razones de seguridad. En AASHTO 2011 y en la Referencia (3) 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.

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A5T1-14

Comparación Normas AASHTO 2011 – DNV 2010

Por el contrario, en la A10 se considera muy conveniente usar la oposición del peralte práctico máximo desde el punto en que se lo alcanza, hasta el radio mínimo. Si entre R3 y Rm se reduce el peralte con una infundada y compleja gradualidad, 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 movimiento (3). 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. 7

CONCLUSIONES

8

REFERENCIAS Anexo 5

(1) Normas de Diseño Geométrico de Caminos Rurales. Dirección Nacional de Vialidad, 1967/80 https://docs.google.com/file/d/0BxLPNTrCi_7uNGFWakxGVFBCNHc/edit?pli=1 (2) Normas y Recomendaciones de Diseño Geométrico y Seguridad Vial. Escuela de Ingeniería de Caminos de Montaña – Dirección Nacional de Vialidad. Actualización 2010. http://ingenieriadeseguridadvial.blogspot.com.ar/ (3) Tema Distintos Criterios para la Determinación del Peralte. Ingeniero Civil Eduardo Rosendo Moreno, Docente del Curso Anual de la Escuela de Ingeniería de Caminos de Montaña, EICAM. Universidad Nacional de San Juan. pg. 121-143 Resumen y Actualización, Ingenieros Sierra y Fissore. Blog FOS http://ingenieriadeseguridadvial.blogspot.com.ar/2013/02/velocidad_28.html

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