Diseno Geometrico de Carreteras Oki

 

CARRETERASS DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERA

DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETE CARRETERAS RAS Una carretera es una faja de terreno, destinado al tránsito de vehículos. la comodidad,

seguridad económica y compatibilidad con el medio ambiente dependerá del diseño de la misma; es por ello que el diseño de una carretera es considerado como el elemento fundamental en la creación de la vía. De hecho, la calidad de vida de las personas tiene naturaleza dual, pues está sujeta a la

presencia los pueblos donde habitan yudad una carretera quentra las así pues, de deto tona nant nte e de eco econó nómic mico o y so soci cial al de la lass ci ciud ades es se encue encuent ra interconecte; en fu funci nción ón di dire rect cta a de el la presencia y características técnicas de la carretera.

 

VELOCIDAD DE DISEÑO Se le llama también velocidad directriz; y se define como la máxima velocidad que puede adquirir un vehículo sin alterar la seguridad del conductor (de habilidad media) así por ejemplo: Imagínese usted manejando un auto en una autopista con velocidad de 20 km/h; obviamente por la geometría y tipo de carretera, este valor no le va a significar peligro, salvo caso fortuito. Si usted acelera e incrementa la velocidad lentamente y supera los valores de 30, 40 o 50 km/h; es fácil sospechar que dichas velocidades no van a inquietar su seguridad; sin embargo después de superar los 100 km/h; es seguro que su atención a conducir tendrá que ser más riguroso. Esto significa que dicho valor: 100 km/h, es el límite máximo, con el cual usted podrá manejar con seguridad en condiciones normales (velocidad directriz). No obstante, si mentalmente nos trasladamos a una trocha carrozable, carente de capa de rodadura y con presencia de una topografía accidentada, no será difícil concluir que manejar a 100 km/h corresponderá tan sólo a un sueño fantasioso.

 

 VELOCIDAD DE DISEÑO

En efecto, superar la velocidad de 30 o 40 km/h, implica peligro; por tanto la velocidad directriz en dichas condiciones se ve reducida a dichos valores. De todo lo expuesto concluimos, que la velocidad de diseño depende en gran medida de dos factores: • •

  El tipo de carretera (volumen de tránsito).   La topografía del terreno.

Por otro lado debemos confesar que el costo de una carretera está supeditado en gran parte al valor  de la velocidad directriz, es por ello que la elección de dicho parámetro, debe ser producto de un estudio riguroso.

 

VARIACIONES DE LA VELOCIDAD DIRECTRIZ Los cambios repentinos en la velocidad de diseño a lo largo de una carretera deberán ser  evitados. Se debe considerar como longitud mínima de un tramo, la distancia correspondiente a dos (2 (2)) kiló kilóme metr tros os,, y entr entre e tram tramos os suce sucesi sivo voss no se debe deben n pres presen enta tarr dife difere renc ncia iass en la lass velocidades de diseño superiores a los 20 km/h (Fuente: Manual de diseño geométrico para carreteras DG -2018). Nota: Para efectos de presentar el cuadro que nos proporcionará la elección de la velocidad de diseño; nos permitiremos mostrar algunos conceptos extraídos del Manual de Carreteras: Diseño Geométrico DG  –  2018.

 

LAS CARRETERAS DEL PERÚ SE CLASIFIC CL AASIFICAN, AN, EN FUNCIÓN LA DEMANDA EN: LA

 

101.01 101 .01 Auto pi stas d e Pri Pri mera Clase

Son carreteras con IMDA (Índice Medio Diario Anual) mayor a 6 000 veh/día, de calzadas divididas por medio de un separador separador central mínimo de 6.00 m; cada una de las calzadas debe contar con dos o más carriles de 3.60 m de ancho como mínimo, con control total de accesos (ingresos y salidas) que proporcionan flujos vehiculares continuos, sin cruces o pasos a nivel y con puentes peatonales en zonas urbanas. La superficie de rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada.

101.02 101 .02 Auto pi stas d e Segun Segunda da Clase

Son carreteras con un IMDA entre 6000 y 4 001 veh/día, de calzadas divididas por medio de un separador central que puede variar de 6.00 m hasta 1.00 m, en cuyo caso se instalará un sistema de contención contención vehicular; cada una de las calzadas debe contar con dos o más carriles de 3.60 m de ancho como mínimo, con control parcial de accesos (ingresos y salidas) que proporcionan fluj flujos os vehi vehicu cula lares res co cont ntin inuo uos; s; pu pued eden en tene tenerr cr cruce ucess o paso pasoss vehi vehicu cula lare ress a ni nive vell y pu puen ente tess peatonales en zonas urbanas. La superficie de rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada.

 

101.03 101 .03 Carreteras Carreteras de Prim era Clase

Son carreteras con un IMDA entre 4 000 y 2 001 veh/día, con una calzada de dos carriles de 3.60 m de ancho como mínimo. Puede tener cruces o pasos vehiculares vehiculares a nivel y en zonas urbanas es recomendable que se cuente con puentes peatonales o en su defecto con dispositivos de seguridad vial, que permitan velocidades de operación, con mayor seguridad. La superficie de rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada.

101.04 101 .04 Carreteras Carreteras de Segund a Clase

Son carreteras con IMDA entre 2 000 y 400 veh/día, con una calzada de dos carriles de 3.30 m de ancho como mínimo. Puede tener cruces o pasos vehiculares a nivel y en zonas urbanas es recomendable que se cuente con puentes peatonales o en su defecto con dispositivos de seguridad vial, que permitan velocidades de operación, con mayor seguridad. La superficie de rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada.

 

101.05 Carreteras de Tercera Clase

Son carreteras con IMDA menores a 400 veh/día, con calzada de dos carriles de 3.00 m de ancho como mínimo. De manera excepcional estas vías podrán tener carriles hasta de 2.50 m, contando con el sustento técnico correspondiente. Estas Est as carr carret eter eras as pu pued eden en func funcio iona narr co conn so solu luci cion ones es de deno nomin minad adas as bá básic sicas as o eco econó nómi micas cas,, consist con sistent entes es en la apl aplicac icación ión de est estabi abiliza lizador dores es de suel suelos, os, emu emulsi lsione oness asf asfált áltica icass y/o mic micro ro pavimentos; o en afirmado, en la superficie de rodadura. En caso de ser pavimentadas deberán cumplirse con las condiciones geométricas estipuladas para las carreteras de segunda clase. 101.06 101 .06 Tro Trochas chas Carrozables

Son vías transitables, que no alcanzan las características geométricas de una carretera, que por  lo general un IMDA menor a 200 veh/día.denominados Sus calzadasplazoletas deben tener ancho de 4.00 m, entienen cuyo caso se construirá ensanches de un cruce, pormínimo lo menos cada 500 m. La superficie de rodadura puede ser afirmada o sin afirmar.

 

CLASIFICACIÓN POR OROGRAFÍA    Pendiente Carretera Transversal (P%)

Pendiente Longitudinal (P%)

Den om om i n ac ió ió n

Tipo 1

0 – 10%

< 3%

Plana

Tipo 2

11% – 50%

3% - 6%

Ondulada

51% - 100%

6% - 8%

Accidentada

Tipo 3 Tipo 4

Mayor de 100%

> 8%

Muy Accidente

Il u s t ra rac i ó n

 

ELECCIÓN DE LA VELOCID VELOCIDAD AD DE DISEÑO (DG-201 (DG-2018) 8) Cl as as if if ic ic ac ac ió ió n  Auto  Au to pi st a de p ri mer mera a cl ase

Pl an an o (k m/ m/h )

On du du la lad o (k m/ m/h )

A cc cc id id en en ta tad o

Es ca car pa pad o

80 – 130

80 – 120

70 – 100

70 – 80

 Auto to pi st a de segu s egu nd a cl ase  Au

60 – 120

60 – 100

60 – 100

60 – 80

Carretera de primera clase

60 – 100

60 – 90

50 – 80

50 – 70

Carretera de segunda clase

60 – 100

60 - 80

50 – 70

40 - 60

tercera rcera cl ase Carretera de te

40 – 90

40 – 90

30 – 60

30

 

DISEÑO DEL TRAZO HORIZONTAL Por moti Por motivo voss did didácti cticos cos,, ini inicia ciarem remos os nuestra nuestra explicación, mostrando el eje de una carretera carente de curvas, vale decir: lí nea nea recta.

Como ver á, siempre existir á  un punto de inicio y otro de llegada; sin embargo, norm no rmal alme ment ntee se hace hace nece necesa sari rio o lo loca caliliza zarr un punt punto o pert perten enec ecie ient nte e a di dich cha a é

carretera; para dos m todos: el primero mediante sus coordenadas (gener (ge neralm almen ente te ello UTM); UTMimperan ); el segun seg undo, do, me media diante nte las est estaca acass o lla llama madas das tambi también progresivas.

 

ESTACAS O PROGRESIVAS

Son puntos o monumentos referidos acon l vencio ejnalmen e mente l enc cuentra amtran inon, conven cional tedese encuen separados cada 20 metros. Nota: Normalmente las carreteras presentan tramos rectos, llamados "tangentes" y trechos curvos; para pa ra ef efec ecto tos s de di dise seño ño,, es este te úl últi timo mo es pr pres esen enta tado do ma mate temá máti tica came ment nte e po porr un arc arco o de circunferencia.

 

ELEMENTOS DE LLAA CURVA HORIZONTAL HORIZONTAL PC : Principi o de curva PT : Princip io de tangente o fin de cur va PI : Punto d e intersección d e las tangentes ∆

 : Angul Angul o de deflexión R: Radio Radio de la curva hor izontal L C: Longitu d de la curva T: Sub t angent e E: Externa C: Cuerda larga M: Distancia de la ordenada media

 

ELECCIÓN DEL RADIO DE LA CURVA HORIZONTAL HORIZONTAL

No existe fórmula que permita calcular el radio óptimo; no obstante, es recomendable adoptar el radio más amplio possible po ible,, sin sin emba embarg rgo, o, es comú común n por por la topog opogra raffía del del terr te rren eno, o, enco encont ntra rarse rse con con curv curvas as muy muy. cerr cerrad adas as "r "radi adios os pequeños"; al respecto se recomienda elegir radios no menores a las mostradas en la siguiente tabla siguiente tabla 302.02.

 

Radio Rad ioss mín mínim imos os Los radios mínimos de curvatura horizontal son los menores radios que pueden recorrerse con la velocidad de diseño y la tasa máxima de peralte, en condiciones aceptables de seguridad y comodidad, para cuyo cálculo puede utilizarse la siguiente formula: Rmín

=

V2 127 127 (Pmáx

+

ƒmáx )

Dónde: Rmín Rm ín : Ra Radi dio o Míni Mínimo mo V : Velocidad de diseño Pmáx : Peralte máximo asociad asociado o a V (en tanto por uno). ƒmáx : Coeficiente de fricción transversal transver sal máximo asociado a V V.. El resultado de la aplicación de la indicada fórmula se aprecia en la tabla la  tabla 302.02.

 

Tabla 302.02 Radios mínimos y peraltes máximos para diseño de carreteras

 

FORM FO RMULA ULASS QU QUEE GO GOBI BIER ERNA NAN N LA CU CURV RVAA HO HORI RIZO ZONT NTAL AL Para apli Para aplica carr las las sigu siguie ient ntes es fórm fórmul ulas as,, es imprescindible conocer el ángulo de deflexión y el radio de la curva. A) FORMULAS PRIMARIAS          2 

T = R  Tg 

 

LC =

    R 180 180 

B) FORMULAS COMPLEMENT COMPLE MENTARIAS ARIAS C

     = 2R  Sen       2 

  E = T  Tg        4 

  Cos       M = R  1 − Cos   2  

Nota: respecto al estacado del eje de la carretera, convencionalmente rige: - En tramos tangentes: Estaca Estacado do cada 20 me metros. tros. - En curvas circulares: E Estacado stacado cada cada 1 10 0 metros.

 

LINEA LIN EA DE GRA GRADIE DIENT NTEE Es un conjunto de líneas quebradas que tiene como elemento común: la pendiente.

Perfil Si la línea de gradiente constituyese exactamente el Planta

eje de la vía; el movimient movimientoo de tierra tierrass a realiz realizar ar sería mínimo míni mo;; por ta tant nto, o, de desd sdee est este pu punt ntoo de vist vista, a, estaríamos al frente de la ruta más económica.

 

LINEA DE GRADIENTE.

Sin Sin em emba barg rgo, o, dich dicha a hi hipó póte tesi siss no es vi viab able le,, pu pues es es imposible que el conductor de un vehículo modifique la di dire recc cció ión n de su velo veloci cida dad d brus brusca came ment nte e y en form formaa continua, de ser así se encontraría violando la ley de la inercia.

Planta

Observación: En re real alid idad, ad, es im impo posi sibl ble e un unir ir do dos s punt pu ntos os di dist stan anci ciad ados os po porr va vari rios os kilómetros con un conjunto de líneas rectas de igual pendiente. Porr el ello lo se ha hace ce lí líci cito to pe perm rmit itir ir la Po presencia de una línea de gradiente con varias pendientes, aunque no es recomendable que dicho cambio sea continuo.

 

PENDIENTES MÁXIMAS A mod modo o de ililus ustr trac ació ión, n, se mue muest stra ra a con contitinu nuaci ación ón el cuad cuadro ro qu quee nos pr pres esen enta ta la lass pendientes máximas por adoptar, no obstante, para efectos de diseño, es recomendable considerar las normas de cada país; así, por ejemplo, la Norma Peruana DG - 2018, contempla una pendiente máxima de hasta 10% para una carretera de 3ra clase y orografía escarpado

Es conveniente considerar las pendientes máximas que están indicadas en la Tabla 303.01, no obstante, se pueden presentar los siguientes casos particulares: En zonas de altitud superior a los 3.000 msnm, los valores máximos de la Tabla 303.01, se reducirán en 1% para terrenos accidentados o escarpados. En autopistas, las pendientes de bajada podrán superar hasta en un 2% los máximos establecidos en la Tabla la Tabla 303.01.

 

Tabla 303.01 Pendientes máximas (%)

 

TRAZO DE UNA LÍNEA DE GRADIENTE

Para llevar a cabo la presente actividad, es necesario la presencia de de la topografía del(insitu); terreno;al ya sea en del un plano (curvas nivel) o física desarrollo trazo en un plano, se le denomina método indirecto, mientras al segundo: método directo; no obstante ser  el primeroque el más recomendable.

 

TRAZO HORIZONTAL DEL EJE: Método indirecto Trazo de una línea de gradiente en un plano 1. Es necesari necesarioo contar con un plano a curvas de nivel donde se establezca el punto de inicio y llegada.

El pr pres esen ente te pl plan anoo titien enee la lass si sigu guie ient ntes es características: - Equidistancia vertical en curvas de nivel: 2 metros. - Escala de plano: 1/2 000.

 

2. En una línea de gradiente, cada pe pendiente ndiente estará represen representada tada por una longitud  “L” (en el plano). Analizando el triángulo: P%

L Planta

Perfil

2 =  

L

200 20 0   =

P



100 10 0%

 

Con lo cual es posible elaborar  el siguiente cuadro: L(m)

P (%)

400 200 133.33 100 80

0.5 1 1.5 2 2,5

66.67 57.14 50 44.44 40 36.36

3 3.5 4 4.5 5 5,5

3330..3783 28.57 26.67 25

66.5 7 7.5 8

Como quie Como quiera ra qu quee la esca escala la de nuestro plano es 1/2 000; tendremos (para L = 400 m):

Terreno

L

Plano

2 000 m   ——→   1 m L = 400m   ——→   x



400  1

   

x

=

2000

x = 0.2m x = 20cm

 

Análogamente: x(cm)

20 10 6.67 5 4

P (%)

0.5 1 1 .5 2 2 .5

32..39 2.5 2 .2 2 1 .8

33.5 4 4 .5 5 5.5

11..57 1.4 1 .3 1 .2

66.5 7 75 8

De lo an anal aliza izado do:: la fórmu fórmula la ge gene nera rall pa para ra de dete termi rmina narr la

distancia "x" en centímetros para un plano de escala 1/2 000 y una equidistancia vertical de 2 m es: x

Ej Ejem empl plo: o:

10   =

P

(cm )

para para P = 4% x

10 =

 

=

4

2.5 ( ver  tabla )

Donde x; constituye la abertura del compás.

 

Ilustración A. Si elegimos elegimos como pendiente pendiente 7%, tendremos tendremos que proceder a calibrar la abertura del compás hasta una longitud de 1,4 cm; dado que nuestro plano se presenta a escala 1/2000 y la equidistancia vertical 2 m (curvas de nivel).

B. Hacien Haciendo do centro centro en el punto punto de inicio inicio (A), (A), se traza un arco de radio 1,4 cm., cortando a la siguiente curva en el punto 1.

 

D. Análogamente, Análogamente, obtend obtendremos remos el punto 3.

E. Obse Observ rvemo emoss la fo form rmaci ación ón de la línea de gradiente.

C. Conservand Conservando o la misma misma abertura abertura y haciendo centro en el punto 1, se vuelve a trazar un arco, cortando a la siguiente curva en el punto 2.

F. Esta operación se repite, tratando de no cambiar la pendiente.

 

cuándo cambiar l a pendi pendiente? ente? ¿Y cuándo

 A. Cuan do la p end ien te es mu y pequ p equ eña

En la sigu siguie ient nte e im imag agen en se mu mues estr traa el trazo de una línea desde la curva (cota 90 904) 4) ha hast sta a dicha la si sig gui uien entpor te ser (c (cot ota a 90 9066); observe que línea diminuta, no llega a cortar a la siguiente curva; lo cual obliga a incrementar la abertura del compás, vale decir disminuir el valor de la pendiente.

 

B. Cuando la pendiente es es excesiva excesiva

En la siguiente imagen se muestra el trazo de una línea desde la curva (cota 890) hasta la siguiente (cota 892); observe que dicha línea corta a la curva (cota 892) en dos puntos, lo cual es ilícito, dado que solo sol o es está tá pe perm rmititid ido o un una a sol sola a in inte ters rsec ecció ción; n; est estoo implica una disminución en la abertura del compás, vale decir incrementar el valor de la pendiente.

 

Trazo del alineamiento del eje de una carretera ca rretera Un alineamiento es una línea recta que puede estimarse como el promedio visual de un tramo de línea de gradiente. Dicho alineamiento representará el eje de la futura carretera.

Planta: El alineamiento es una línea recta, prov proven enie ient nte e de la media edia (apr (aprox ox.) .) del del conjun con junto to de segmen segmentos tos que compon componen en la línea de gradiente

 

Observación

El ca casso ideal se pre rese sen nta cuando el alinea alin eami mien ento to ge gene nera rado do se ci ciñe ñe lo má máss posible a la línea de gradiente, con lo cual se optimiza el futuro movimiento de tierras. Planta: La presencia Planta: presencia de los alineamiento alineamientos s 1 y 2, generan el origen del punto de intersección PI.

 

1. Curva simpl simple e.   Es un arco de circunferencia que une dos tangentes

consecutivas.

 

2.

Curva Cu rva compue compuesta sta..

Está formada por dos curvas circulares simples, tangentes entre sí, de dist distin into toss radi radios os y cu cuyo yoss ce cent ntro ross se encu en cuen entr tran an en el mi mism smo o la lado do de la curva. PCC: Punto de curva compuesta

 

El trazo anterior equivale a:

Donde,   ∆ =  ∆ 1 + ∆ 2

 

3. Curva polic éntric a.  Está formada por una curva compuesta y

una curva simple del mismo sentido, unidas consecutivamente.

 

Equivalente a:

 

4. Curvas reversas.   Está formada formada por dos curvas sim simples ples

de senados contrarios, unidas por una tangente.

 

LONG LO NGIT ITU UD DE TR TRAM AMOS OS EN TAN ANGE GENT NTEE  A. Lo ng it ud máx im a en t ang ent e

Para evitar monotonía o proble problemas mas de cansanc cansancio io en el conductor conductor,, los tramos rectos (tangen (tangentes) tes) deben presentar límites máximos. La fórmula recomendada: LMAX = 16,70 x Vd   Vd: Velocidad de diseño

 

B. Longi Longitud tud mínima entre entre dos curvas curvas del mismo sentido

La long longititud ud míni mínima ma en entr tree do doss curv curvas as de dell mism mismo o sentido, está dada por la siguiente expresión. LMIN= 2.78 x Vd

 

Vd: Velocidad de diseño

 

C. Longit Longitud ud mínim mínima a entre entre dos dos curva curvas s del del sentido contrario reversa

Si di dich chaa long longititud ud es in infe feri rior or a la mí míni nima ma,, se recomienda reemplazar por so sola la de radi radio o ma mayo yorr, olasque qudos e lacurvas tang tangen ente te una se seaa reemplazada por un arco circular, convirtiéndose en el caso de una curva circular policéntrica. Lo Longi ngitu tud d míni mínima ma en entr tre e dos dos cur curva vass de se sent ntid idoo contrario (reversas) LMIN= 1.39 x Vd

La longitud mínima tangente, debe ser tal que permita por lo menos el desarrollo del peralte. Observación: La No Norm rma a Pe Peru ruan ana a DG DG-2 -201 018 8 co cont ntem empl pla a el siguiente cuadro.

 

Tabla 302.01 Longitudes de tramos en tangente Vd km/h)

LMIN.S m)

LMIN-O m)

30

42

84

 

500

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

56 69 83 97 111 125 139 153 167 180

111 139 167 194 222 250 278 306 333 362

   

668 835

 

1002

 

1169

 

1336

 

1503

 

1670

 

1837

 

2004

 

2171

LMAX m)

LMIN.S .S:: Lo Long ngititud ud mí míni nima ma ent entre re do doss curv curvas as de sentido contrario. LMIN-O -O:: Lo Long ngititud ud mí míni nima ma en entr tree do doss curva curvass de dell mismo sentido. LMAX: Longitud máxima en tangente. Vd   : Velocid elocidad ad de diseño diseño..

 

Muc

cias