DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS Thomas E Guerrero B Ingeniero Civil – UFPS Cúcuta Magister en Vías y Transporte – UniNorte Barranquilla Email:
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CONTENIDO DEL CURSO En este curso veremos: 1. Generalidades, criterio de diseño y trazado de carreteras. 2. Diseño geométrico en planta. 3. Diseño geométrico en perfil. 4. Diseño geométrico transversal. 5. Movimiento de tierras.
REGLAS DEL CURSO
Poner atención atención a la explicación. Tome apuntes apuntes que usted usted desee. IMPORTANTÍSIMO: IMPORTANTÍSIMO: Por favor¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡ favor¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡ “EL CELULAR PÓNGALO EN VIBRADOR”. Respetar las las opiniones de sus compañeros. Prestar atención cuando cuando otros hablan. Participar. Mente abierta. Preguntar lo que no entiende. Intercambiar experiencias. Lista de correos del curso.
CONTENIDO DEL CURSO 2. Diseño Diseño geomét geométric ricoo en planta planta.. 2.1. Curvas horizontales 2.2. Entretangencia horizontal 2.3. Transición del peralte 2.4. Longitud de la curva espiral 2.5. Relación entre los radios de curvas horizontales contiguas 2.6. Longitud mínima de la curva circular 2.7. Curvas horizontales que no requieren espiral de transición
CONTENIDO DEL CURSO 2. Diseño Diseño geomét geométric ricoo en planta planta.. 2.1. Curvas horizontales 2.2. Entretangencia horizontal 2.3. Transición del peralte 2.4. Longitud de la curva espiral 2.5. Relación entre los radios de curvas horizontales contiguas 2.6. Longitud mínima de la curva circular 2.7. Curvas horizontales que no requieren espiral de transición
Curvas Horizontales Existen de tres tipos: Curvas circulares simples. Curvas circulares compuestas. Curvas espirales de transición.
Definición y elementos de la curva circular simple Definición: Son arcos de circunferencia de un solo radio que unen dos tangentes consecutivas, conformando la proyección horizontal de las curvas reales o espaciales. Elementos de la curva: PI: Punto de cruce de dos tangentes que forman el empalme. PC: Punto de inicio del empalme. PT: Punto final del empalme. Δ: Ángulo de deflexión en el PI, en grados o radianes. R: Radio del arco circular, en metros. L: Longitud del arco circular, en metros. T: Tangente del empalme, en metros. E: Externa de la curva, en metros. M: Mediana, en metros. C: Longitud de la cuerda, en metros.
Repasar por cuenta propia los siguientes temas… 1. Sistema Arco Grado. 2. Sistema Cuerda Grado. 3. Deflexiones de la curva circular simple. 4. Las demostraciones de las fórmulas de la curva
circular simple.
Relación entre la Velocidad Específica de la curva horizontal (VE), el Radio de curvatura (RC) y el Peralte (e)
El diseño vial debe garantizar que a cierta velocidad: Recorrido seguro y confortable. Para poder brindar estas condiciones, se recurre a la física para resolverlo (Ecuación de equilibrio).
Fuente: Agudelo, 2002
Ecuación de equilibrio
Permite relacionar el radio (RC) de la curva horizontal, la Velocidad Específica (VE), el peralte (e) y la fricción transversal (Ft).
Donde: Rc= Radio de la curva, mts. Ve= Velocidad específica del elemento, km/hr. e= Peralte de la calzada en la curva, en tanto por uno. Ft= Coeficiente de fricción transversal, adimensional.
Ecuación de equilibrio
La situación más crítica corresponde al caso cuando el RC sea mínimo (RC_min) para cierta condición de VE del elemento. Dado que según la ecuación anterior el RC es inversamente proporcional al “e” y “Ft”:
(RC_min)=f(emax, Ftmax) Obviamente además de la VE
Por ello, la ecuación anterior sería: El Radio mínimo de curvatura solo debe ser usado en situaciones extremas, donde sea imposible la aplicación de radios mayores.
Peraltes máximos (emax) y Fricción transversal máxima (Ftmax)
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En el MDGC-2008, con respecto a este tema encontraremos: Valores de emax según el tipo de vía. Para carreteras primarias y secundarias (Sección 3.1.3.2.1) y carreteras terciarias (Sección 3.1.3.2.2). Valores de Ftmax: Es función del estado de la superficie de rodadura, la velocidad del vehículo y el tipo y condiciones de las llantas de los vehículos. Se adoptan los valores Ftmax indicados por los estudios recientes de la AASHTO, los cuales se indican en la Tabla 3.1. No obstante…CUIDADO con el significado de la palabra MÁXIMO.
Radio mínimo de la curva circular horizontal (RC_min)
Curvas Horizontales Existen de tres tipos: Curvas circulares simples. Curvas circulares compuestas. Curvas espirales de transición.
Definición y elementos de la curva circular compuesta de dos radios Definición: Son aquellas que están formadas por dos curvas circulares simples. Elementos de la curva: PI: Punto de cruce de dos tangentes que forman el empalme. PC: Punto de inicio del empalme. PT: Punto final del empalme. PCC: Punto común de curvas o punto de curvatura compuesta. Pto donde termina la primera curva simple y empieza la segunda. R1: Radio de la curva 1, en metros. R2: Radio de la curva 2, en metros. O1: Centro de la curva 1. O2: Centro de la curva 2. Δ: Ángulo de deflexión en el PI, en grados o radianes.
Δ1: Ángulo de deflexión curva 1. Δ2: Ángulo de deflexión curva 2. T1: Tangente curva 1. T2: Tangente curva 2. Tl: Tangente larga de la curva compuesta. Tc: Tangente corta de la curva compuesta.
Definición y elementos de la curva circular compuesta de tres radios Definición: Son aquellas que están formadas por tres curvas circulares simples. Elementos de la curva: PI: Punto de cruce de dos tangentes que forman el empalme. PC: Punto de inicio del empalme. PT: Punto final del empalme. H,D: Punto común de curvas o punto de curvatura compuesta. Pto donde termina una curva simple y empieza otra curva. R1,2,3: Radio de la curva 1,2,3, respte. O1,2,3: Centro de la curva 1,2,3, respte. Δ: Ángulo de deflexión en el PI, en grados o radianes. Δ1,2,3: Ángulo de deflexión curva 1,2,3, respte. T1,2,3: Tangente curva 1, respte.
Tl: Tangente larga de la curva compuesta. Tc: Tangente corta de la curva compuesta.
Curvas Horizontales Existen de tres tipos: Curvas circulares simples. Curvas circulares compuestas. Curvas espirales de transición.
Curvas con espirales Las espirales se utilizan como curva de transición que proporcionan un cambio gradual desde un tramo recto a uno circular. Las espirales resultan de gran necesidad en curvas de velocidad elevada y proporcionan trazados seguros, cómodos y estéticos. La clotoiode es la espiral más utilizada.
Curvas con espirales
Curvas con espirales
Curvas con espirales
CONTENIDO DEL CURSO 2. Diseño geométrico en planta. 2.1. Curvas horizontales 2.2. Entretangencia horizontal 2.3. Transición del peralte 2.4. Longitud de la curva espiral 2.5. Relación entre los radios de curvas horizontales contiguas 2.6. Longitud mínima de la curva circular 2.7. Curvas horizontales que no requieren espiral de transición
ENTRETANGENCIA HORIZONTAL
Se conoce como entretangencia al tramo recto de vía que se encuentra entre el PT (primera curva) y el PC (segunda curva). La entretangencia corresponde a uno de los elementos geométricos de diseño en planta y como tal debe cumplir con ciertos controles, de manera que se garanticen condiciones de seguridad y comodidad.
ENTRETANGENCIA MÍNIMA
Para curvas de distinto sentido
- Considerando el empleo de curvas espirales, se puede prescindir de tramos de entretangencia rectos. - Si el alineamiento se hace con curvas circulares solamente, la longitud de entretangencia debe satisfacer la mayor de las condiciones dadas por la longitud de transición, de acuerdo con los valores de pendiente máxima para rampa de peraltes y por la distancia recorrida en un tiempo de 5 segundos (5 seg) a la menor de las Velocidades Específicas (VCH) de las curvas adyacentes a la entretangencia en estudio.
ENTRETANGENCIA MÍNIMA
Para curvas del mismo sentido
- En el diseño con curvas espirales la entretangencia no puede ser menor a la distancia recorrida en un tiempo de 5 segundos (5 seg) a la Velocidad Específica de la entretangencia horizontal (VETH). - Para diseños con curvas circulares, especialmente en terreno plano, la entretangencia no puede ser menor al espacio recorrido en un tiempo no menor de quince segundos (15 seg) a la Velocidad Específica de la entretangencia horizontal (VETH).
ENTRETANGENCIA MÍNIMA
Para curvas del mismo sentido
- Por su misma naturaleza, las curvas del mismo sentido se deben considerar indeseables en cualquier proyecto de carreteras, por la inseguridad y disminución de la estética que representan. Ya que por dificultades del terreno, son a veces imposibles de evitar, se debe intentar siempre el reemplazo de dos curvas del mismo sentido por una sola curva que las envuelva.
ENTRETANGENCIA MÁXIMA - Se deben acondicionar entretangencias suficientemente largas que permitan cumplir con la Distancia de Visibilidad de Adelantamiento (Da), pero en el caso que se excedan estas distancias por razones propias del diseño es necesario procurar que la longitud máxima de recta no sea superior a quince (15) veces la Velocidad Específica de la entretangencia horizontal (VETH) expresada en kilómetros por hora (km/h). Este criterio se aplica de igual forma para curvas de igual sentido como para curvas de diferente sentido.
CONTENIDO DEL CURSO 2. Diseño geométrico en planta. 2.1. Curvas horizontales 2.2. Entretangencia horizontal 2.3. Transición del peralte 2.4. Longitud de la curva espiral 2.5. Relación entre los radios de curvas horizontales contiguas 2.6. Longitud mínima de la curva circular 2.7. Curvas horizontales que no requieren espiral de transición
Transición del peralte
El paso de Bombeo Normal a Peralte no debe realizarse bruscamente. Este paso gradual a lo largo de la vía entre este par se secciones transversales se le conoce como Transición del peralte.
Transición del peralte
Fuente: Agudelo, 2002.
Transición del peralte
Rampa de peralte (Δs) Es la diferencia relativa que existe entre la inclinación del eje longitudinal de la calzada y la inclinación de los bordes de la misma.
Rampa de peralte (Δs) Tabla 3.6
Fuente: MDGC, 2008.
Longitud de Transición (L) Es la distancia que existe entre el punto desde cual uno de los bordes tiene bombeo=0% y el punto en el cual se llega al peralte máximo .
Diagrama de Transición de Peralte Figura 3.19. Para curvas circulares
Fuente: MDGC, 2008.
Diagrama de Transición de Peralte Figura 3.20. Para curvas con espirales de transición
Fuente: MDGC, 2008.
Repasar por cuenta propia los siguientes temas… 1. Rotación de la calzada respecto a uno de sus
bordes. 2. Rotación de carreteras en dos calzadas.
NOTA: Hay conceptos que seguiremos repasando y conociendo a medida que empecemos a ejercitarnos….
CONTENIDO DEL CURSO 2. Diseño geométrico en planta. 2.1. Curvas horizontales 2.2. Entretangencia horizontal 2.3. Transición del peralte 2.4. Longitud de la curva espiral 2.5. Relación entre los radios de curvas horizontales contiguas 2.6. Longitud mínima de la curva circular 2.7. Curvas horizontales que no requieren espiral de transición
Longitud de la curva espiral
Las bondades del arco de transición denominado Clotoide, en comparación con el empleo del arco circular, son evidentes cuando en el diseño se utilizan los siguientes valores límite, como una medida de mantener condiciones geométricas y dinámicas de conducción aceptables.
Longitud de la curva espiral Longitud mínima La longitud mínima de la espiral se puede definir mediante el parámetro mínimo de la Clotoide. Para ello se deben tener en cuenta: Tres criterios relacionados con la seguridad y comodidad del usuario de la vía. Los criterios anunciados son los siguientes: variación gradual de la aceleración centrífuga (J), limitación por transición del peralte y condición de percepción y estética.
Parámetro de la espiral Longitud de la curva espiral Criterio 1. Variación gradual de la “fuerza centrífuga” V 2 A min e 1.27 46.656 xJ R VR
Amin:
V R J
: : :
e
:
Parámetro mínimo, (m). Velocidad, (km/h). Radio de cálculo de la clotoide, (m). Variación de la aceleración centrífuga (m/s3). Peralte de la curva, (%).
Longitud de la curva espiral Criterio 2. Limitación por transición del peralte A min
R
ea
s
A min : Parámetro mínimo, (m). R : Radio de cálculo de la clotoide, (m). e : Peralte de la curva, (%). a : Distancia del eje de giro al borde de la calzada, (m). Δs : Inclinación de la rampa de peraltes, según la tabla que se muestra (%).
Parámetro de la espiral Longitud de la curva espiral
Parámetro de la espiral Longitud de la curva espiral Criterio 3: Percepción y estética. Criterio 3.1. Se asume el disloque mínimo de veinticinco centímetros (0.25 m).
Donde: A mín: Parámetro mínimo, en metros. ΔR: Disloque de la clotoide, en metros. RC: Radio de cálculo de la clotoide, en metros.
Parámetro de la espiral Longitud de la curva espiral Criterio 3: Percepción y estética. Criterio 3.2. Ángulo de giro de la espiral mínimo de tres grados (3°).
Donde: A mín: Parámetro mínimo, en metros. RC: Radio de cálculo de la clotoide, en metros. Le: Longitud de la clotoide, en metros. θe: Ángulo de giro de la espiral.
Longitud de la curva espiral Longitud máxima El valor máximo del parámetro (A máx), debe ser igual a uno coma uno veces (1,1) el Radio (RC) de la curva en estudio.
CONTENIDO DEL CURSO 2. Diseño geométrico en planta. 2.1. Curvas horizontales 2.2. Entretangencia horizontal 2.3. Transición del peralte 2.4. Longitud de la curva espiral 2.5. Relación entre los radios de curvas horizontales contiguas 2.6. Longitud mínima de la curva circular 2.7. Curvas horizontales que no requieren espiral de transición
Relación entre los radios de curvas horizontales contiguas
Curvas sucesivas con entretangencia menor de cuatrocientos metros (400 m) se consideran dependientes, por lo tanto deben cumplir con una relación que se establece en la Tabla 3.8 (MDGC, 2008) para curvas de salida con Velocidad Específica (VCH) < 80 km/h y para curvas de salida con Velocidad Específica (VCH) ≥ 80 km/h. En la Tabla 3.9 (MDGC, 2008) se indican los valores obtenidos con la relación indicada en la Tabla 3.8.
Relación entre los radios de curvas horizontales contiguas
Relación entre los radios de curvas horizontales contiguas (continuación de la tabla 3,9)
CONTENIDO DEL CURSO 2. Diseño geométrico en planta. 2.1. Curvas horizontales 2.2. Entretangencia horizontal 2.3. Transición del peralte 2.4. Longitud de la curva espiral 2.5. Relación entre los radios de curvas horizontales contiguas 2.6. Longitud mínima de la curva circular 2.7. Curvas horizontales que no requieren espiral de transición
Longitud mínima de la curva circular Para ángulos de deflexión (Δ) entre tangentes menores o iguales a seis grados (6°), en el caso de que no se puedan evitar, se realizará la unión de las mismas mediante una curva circular simple de tal forma que se cumplan los criterios indicados en la Tabla 3.10 (MDGC, 2008). La aplicación de estos criterios define la longitud mínima de las curvas circulares puesto que evita diseñar curvas circulares con longitudes demasiado cortas que generan una defectuosa apariencia de la vía y producen la sensación de quiebre forzado entre dos alineamientos rectos.
Longitud mínima de la curva circular
En las curvas espiralizadas que tiene tramo circular se reitera la necesidad de limitar la longitud de dicho tramo con la distancia recorrida a la Velocidad Específica (VCH) durante dos segundos (2 s), ver numeral 3.1.1.2. Empalme espiral clotoide.
CONTENIDO DEL CURSO 2. Diseño geométrico en planta. 2.1. Curvas horizontales 2.2. Entretangencia horizontal 2.3. Transición del peralte 2.4. Longitud de la curva espiral 2.5. Relación entre los radios de curvas horizontales contiguas 2.6. Longitud mínima de la curva circular 2.7. Curvas horizontales que no requieren espiral de transición
