Sem 4 - Trazado, Gradiente, Alineamiento

Escuela Profesional de Ingenieria Civil

CAMINOS I

SEM 04 Ing. Omar A. Hidalgo Quispe

CAMINOS I Trazo de la Línea Gradiente y Alineamiento en Gabinete      

Objetivos Conceptos Previos Tipo de Carreteras Clasificación de Topografía del terreno Línea de Gradiente Alineamiento Toda la información, gracias a LINEA DE GRADIENTE Y ALINEAMIENTO, de la Ing. Mercedes Rodriguez Caminos I - Ing. Omar A. Hidalgo Quispe

CAMINOS

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO El Trazado

OBJETIVOS: Trazar varias alternativas para la línea de gradiente y alineamientos posibles y luego escoger, según características físicas, geométricas y posibles costos de construcción (movimiento de tierras, obras de arte, longitud de la ruta, etc) la mejor, para efectuar sobre ella estudios preliminares y definitivos.

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO El Trazado

CONCEPTOS PREVIOS: El primer criterio que debemos tener en cuenta es que todo camino debe ser proyectado sobre la base de la Velocidad Directriz. La mayoría de los elementos del diseño geométrico de la vía (horizontal, vertical y transversal) tales como radios mínimos, sobreanchos, peraltes, curvas verticales, longitud de transición, banqueta de visibilidad, etc), están en función de la Velocidad Directriz; y todas ellas buscando la seguridad del tránsito. DEFINICION DE VELOCIDAD DIRECTRIZ: (Seccion 204.01) Velocidad Directriz o de Diseño es la escogida para el diseño, entendiéndose que será la máxima que se podrá mantener con seguridad sobre una sección determinada de la carretera, cuando las circunstancias sean favorables para que prevalezcan las condiciones de diseño.

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO TIPO DE CARRETERA - CLASIFICACION: (Seccion 101)

El Trazado

Según su función:

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO TIPO DE CARRETERA - CLASIFICACION: (Seccion 102)

El Trazado

De acuerdo a la demanda: 102.1 AUTOPISTAS Carretera de IMDA mayor de 4000 veh/día, de calzadas separadas, cada una con dos o más carriles, con control total de los accesos (ingresos y salidas) que proporciona flujo vehicular completamente continuo. Se le denominará con la sigla A.P. 102.2 CARRETERAS DUALES O MULTICARRIL De IMDA mayor de 4000 veh/dia, de calzadas separadas, cada una con dos o más carriles; con control parcial de accesos. Se le denominará con la sigla MC (Multicarril). 102.3 CARRETERAS DE 1RA. CLASE Son aquellas con un IMDA entre 4000-2001 veh/día de una calzada de dos carriles (DC). 102.4 CARRETERAS DE 2DA. CLASE Son aquellas de una calzada de dos carriles (DC) que soportan entre 2000-400 veh/día. 102.5 CARRETERAS DE 3RA. CLASE Son aquellas de una calzada que soportan menos de 400 veh/día. El diseño de caminos del sistema vecinal < 200 veh/día se rigen por las Normas emitidas por el MTC, no forman parte del presente Manual. 102.6 TROCHAS CARROZABLES Es la categoría más baja de camino transitable para vehículos automotores. Construido con un mínimo de movimiento de tierras, que permite el paso de un solo vehículo. Caminos I - Ing. Omar A. Hidalgo Quispe

TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO TIPO DE CARRETERA - CLASIFICACION: (Seccion 103)

El Trazado

Según condiciones orográficas: 103.01 CARRETERAS TIPO 1 Permite a los vehículos pesados mantener aproximadamente la misma velocidad que la de los vehículos ligeros. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, es menor o igual a 10%. 103.02 CARRETERAS TIPO 2 Es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a reducir sus velocidades significativamente por debajo de las de los vehículos de pasajeros, sin ocasionar el que aquellos operen a velocidades sostenidas en rampa por un intervalo de tiempo largo. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, varía entre 10 y 50%. 103.03 CARRETERAS TIPO 3 Es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a reducir a velocidad sostenida en rampa durante distancias considerables o a intervalos frecuentes. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, varía entre 50 y 100%. 103.04 CARRETERAS TIPO 4 Es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a operar a menores velocidades sostenidas en rampa que aquellas a las que operan en terreno montañoso, para distancias significativas o a intervalos muy frecuentes. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, es mayor de 100%. Caminos I - Ing. Omar A. Hidalgo Quispe

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO El Trazado

ELECCIÓN DE LA VELOCIDAD DIRECTRIZ: (Seccion 204.06) La selección de la velocidad directriz depende de la importancia o categoría de la futura carretera, de los volúmenes de tránsito que va mover, de la configuración topográfica del terreno, de los usos de la tierra, del servicio que se requiere ofrecer, de las consideraciones ambientales, de la homogeneidad a lo largo de la carretera, de las facilidades de acceso (control de accesos), de la disponibilidad de recursos económicos y de las facilidades de financiamiento. Recordar que para el trazado, la elección de la velocidad directriz estará influenciado principalmente por el relieve del terreno, el tipo de carretera a construirse, los volúmenes y el tipo de tránsito que se esperan y otras consideraciones de orden económico.

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO El Trazado

ALINEACION HORIZONTAL: (Sección 402) 

El alineamiento horizontal deberá permitir la operación ininterrumpida de los vehículos, tratando de conservar la misma velocidad directriz en la mayor longitud de carretera que sea posible.



En general, el relieve del terreno es el elemento de control del radio de las curvas horizontales y el de la velocidad directriz. Esta última, a su vez, controla la distancia de visibilidad.



El trazado en planta de un tramo se compondrá de la adecuada combinación de los siguientes elementos: recta, curva circular y curva de transición.



En proyectos de carreteras de calzadas separadas, se considerará la posibilidad de trazar las calzadas a distinto nivel o con ejes diferentes, cuando el terreno así lo aconseje.



En carreteras de calzada única, la alineación horizontal es el centro de la calzada, sin tener en cuenta eventuales carriles adicionales. Caminos I - Ing. Omar A. Hidalgo Quispe

TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO El Trazado

CONSIDERACIONES DE DISEÑO: (Seccion 402.02) Tramo en Tangente

Los tramos excesivamente extensos en tangente, convenientes para las vías férreas, no son deseables para las carreteras. Para las carreteras de un patrón elevado (autopistas o multicarril), el trazado deberá ser más bien una serie de curvas de radios amplios que de extensas tangentes, "quebradas" por curvas de pequeña amplitud circular. Amén de reducir la sensación de monotonía para el conductor, ese patrón de trazado se ajusta mejor a la conformación básica de las líneas naturales, pudiendo reducir los rasgos causados por el terraplén en el paisaje.

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO CONSIDERACIONES DE DISEÑO: (Seccion 402.03)

El Trazado

Longitud de Tramos en Tangente Las longitudes mínima admisible y máxima deseable, en funcion de la velocidad de proyecto, serán:

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO PENDIENTES (Sección 403.04)

El Trazado

Pendientes Mínimas 

En los tramos en corte generalmente se evitará el empleo de pendientes menores de 0,5%.



Podrá hacerse uso de rasantes horizontales en los casos en que las cunetas adyacentes puedan ser dotadas de la pendiente necesaria para garantizar el drenaje y la calzada cuente con un bombeo superior a 2%.

Pendientes Máximas 

El proyectista tendrá, en general, que considerar deseable los límites máximos de pendiente que están indicados en la Tabla 403.01.



En zonas superiores a los 3000 msnm, los valores máximos de la Tabla 403.01, se reducirán en 1% para terrenos montañosos o escarpados.



En carreteras con calzadas independientes las pendientes de bajada podrán superar hasta en un 2% los máximos establecidos en la Tabla 403.01 Caminos I - Ing. Omar A. Hidalgo Quispe

PENDIENTES MAXIMAS (%) – Tabla 403.01

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO PENDIENTES (Sección 403.04)

El Trazado

Relación entre velocidad directriz y pendiente (403.04.04) 

Las pendientes máximas podran usarse, siempre con los criterios indicados, considerando la velocidad directriz.



El proyectista estudiará la sucesión de los diferentes tramos en pendiente en forma tal que se limite en lo posible las reducciones de velocidad respecto a la directriz.

Tramo en descanso (403.04.05) 

En el caso de ascenso contínuo y cuando la pendiente sea mayor de 5% se proyectará, mas o menos cada tres kilómetros, un tramo de descanso de una longitud no menor de 500 m con pendiente no mayor de 2%.



El proyectista determinará la frecuencia y la ubicación de tales tramos de descanso de manera que se consigan las mayores ventajas a los menores incrementos del costo de construcción.

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO LONGITUD EN PENDIENTE (Sección 403.05)

El Trazado



En los gráficos se ve el efecto de las pendientes uniformes de subida, de longitudes dadas, sobre la velocidad de operación de los camiones que circulan en caminos pavimentados.

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO El Trazado

LINEA DE GRADIENTE - TRAZADO Es la línea o trazo curvilineo que se obtiene, al unir puntos con igual pendiente, al tratar de unir dos puntos A y B. Para entender, si subimos de A a B lo haremos con una pendiente promedio que nos permita nuestro cuerpo llegar en el mínimo tiempo y esfuerzo, con aberturas de pasos constantes. Estas huellas de pasos vista desde alto resulta una línea curvilinea; ésta será la LINEA GRADIENTE.

En campo para efectuar este trazo se utiliza el eclímetro y en gabinete, el compas.

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO El Trazado



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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO Con la Abertura de Compás:

El Trazado

Con la pendiente elegida, se toma el compás con abertura correspondiente a ésta y procedemos a ir interceptando de curva en curva de nivel, partiendo de A hacia B. Finalmente unimos estos puntos, mediante una curvilínea, esta será la LINEA DE GRADIENTE.

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Ejm. Trazo de línea gradiente A

B

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Ejm. Trazo de línea gradiente B

A

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TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE Y ALINEAMIENTO ALINEAMIENTO:

El Trazado

Viene a ser la unión de la mayor cantidad de puntos de la línea gradiente mediante trazos rectilíneos, que posteriormente conformará el eje de la vía. El alineamiento horizontal deberá permitir la operación ininterrumpida de los vehículos, tratando de conservar la misma velocidad directriz en la mayor longitud de la carretera que sea posible, de ocurrir cambios estos se efectuarán en incrementos o decrementos de 15km/h o del 20%. Esta serie de alineamientos forman la poligonal; en los cambios de dirección o puntos de inflección serán reemplazados por curvas horizontales de radios correspondientes a los reglamentados por su velocidad directriz.

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Ejm. Trazo de línea gradiente

B

A

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CAMINOS I Trazo de Curvas sobre el Alineamiento 

Objetivos

Toda la información, gracias a LINEA DE GRADIENTE Y ALINEAMIENTO, de la Ing. Mercedes Rodriguez Caminos I - Ing. Omar A. Hidalgo Quispe

TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO TRAZADO DE CURVAS:

El Trazado

Nuestra poligonal trazada ahora utilizaremos los conceptos y normas para curvas circulares. En los cambios de dirección o puntos de inflección de nuestra poligonal serán reemplazados por curvas horizontales de radios correspondientes a los reglamentados por su velocidad directriz. Deberá buscarse un alineamiento horizontal homogéneo, en el cual tangentes y curvas sucedan armónicamente, restringiéndose el empleo de tangentes excesivamente largas que fatiguen siquicamente a los conductores en el día y el encandilamiento nocturno prolongado en las noches. Existe la tendencia a realizar un alineamiento curvilíneo contínuo, es decir tramos de curva con radio fijo y radio variable.

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO DIMENSIONES VEHICULOS PESADOS (202.03)

El Trazado

Las dimensiones máximas de los vehículos a emplear en el diseño geométrico serán las establecidas en el Reglamento.

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO GIRO MÍNIMO VEHÍCULOS TIPO (202.04)

El Trazado



El espacio mínimo absoluto para ejecutar un giro de 180º en el sentido del movimiento de las agujas del reloj, queda definido por la trayectoria que sigue la rueda delantera izquierda del vehículo (trayectoria exterior) y por la rueda trasera derecha (trayectoria interior). Además de la trayectoria exterior, debe considerarse el espacio libre requerido por la sección en volado que existe entre el primer eje y el parachoques, o elemento más sobresaliente.



La trayectoria exterior queda determinada por el radio de giro mínimo propio del vehículo y es una característica de fabricación.



La trayectoria interior depende de la trayectoria exterior, del ancho del vehículo, de la distancia entre el primer y último eje y de la circunstancia que estos ejes pertenecen a un camión del tipo unidad rígida o semirremolque articulado.



En las Figuras 202.01, 202.02, 202.03, 202.04, 202.05 y 202.06 se ilustran las trayectorias mínimas obtenidas para los vehículos de diseño con las dimensiones máximas establecidas en el Reglamento de Peso y Dimensión Vehicular. Caminos I - Ing. Omar A. Hidalgo Quispe

TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO GIRO MINIMO VEHICULOS TIPO (202.04)

El Trazado

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO GIRO MINIMO VEHICULOS TIPO (202.04)

El Trazado

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO GIRO MINIMO VEHICULOS TIPO (202.04)

El Trazado

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO GIRO MINIMO VEHICULOS TIPO (202.04)

El Trazado

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO GIRO MINIMO VEHICULOS TIPO (202.04)

El Trazado

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO GIRO MINIMO VEHICULOS TIPO (202.04)

El Trazado

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO El Trazado

PROYECCION DE UNA CURVA 

Al proyectar una curva se pueden presentar las siguientes alteraciones



Combinación de radios mínimos y peraltes.



El paso de la alineación recta a la curva, intercalando curvas de transición.



El sobreancho que permita conservar la misma capacidad de tráfico que en la alineación recta.



La debida visibilidad asegurada por el radio mínimo.

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO RADIO MINIMO

Al entrar en curva se presenta la fuerza centrífuga que origina peligro para la estabilidad del vehículo. 

Del Gráfico:



Fuerza solicitante:

F cos 

Fuerza resistente:

P sen 









(t) = Coeficiente de Rozamiento Transversal*Rotación, cuyo valor varía de 1.0 á 0.6 Reacción del rozamiento: Transversal * rotación: t (F sen  + P cos ) La condición de equilibrio

F cos = P sen + t (F sen  + P cos ) …..(1)

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

TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO RADIO MINIMO - Análisis Valor Fuerza Centrifuga: Sustituyendo en (1):

De donde, se obtiene:

MV 2 P V 2 F  * ; Expresado Valor en K/Hr R g R

P V2 P V2 F *  g 3.6 2 R 127 R

P V2 P V2 cosα  Psen α  (Pcos α  sen α )μ t 127 R 127 R

V2(1 μ t tgα) Rnín.  127(tg α  μt)

Esta fórmula da el valor de R, necesario para que no exista deslizamiento por efecto de una velocidad V.

V2 R mín  128(p  f)

Donde:

V = Velocidad Directriz (K/H)

p = Peralte (máx 8% para carreteras 1° y 2° orden, máx 10% para carreteras 3° y 4° orden)

Se tiene los siguientes valores; V

30

40

50

60

70

80

90

100

110

f

0.18

0.17

0.16

0.153

0.146

0.14

0.133

0.126

0.12

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO RADIO MINIMO ABSOLUTO: (Sección 402.04.02)

El Trazado

Los radios mínimos que se usarán en las diferentes carreteras serán función de la velocidad directriz y del peralte, de acuerdo a los valores:

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO RADIO MINIMO ABSOLUTO (Continúa): (Sección 402.04.02)

El Trazado

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO El Trazado

CONSIDERACIONES DE DISEÑO (402.02) El trazado debe ser una serie de curvas de radios amplios que de extensas tangentes, "quebradas" por curvas de pequeña amplitud circular. Hay que reducir la sensación de monotonía para el conductor, ese patrón de trazado se ajusta mejor a la conformación básica de las líneas naturales, pudiendo reducir los rasgos causados por el terraplén en el paisaje. En el caso de ángulos de deflexión D pequeños, iguales o inferiores a 5º, los radios deberán ser suficientemente grandes para proporcionar longitud de curva mínima L obtenida con la fórmula siguiente: L > 30 (10 - D), D < 5º 

L en metros; D en grados)



No se usará nunca ángulos de deflexión menores de 59' (minutos).



La longitud mínima de curva (L) será:

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V=Veloc. Directriz (km/h(

TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO El Trazado

CONSIDERACIONES DE DISEÑO (402.02) No son deseables dos curvas sucesivas en el mismo sentido cuando entre ellas existe un tramo en tangente. Preferiblemente, serán sustituidas por una curva extensa única bien estudiada o, por lo menos, la tangente intermedia deberá sustituirse por un arco circular, constituyéndose entonces en curva compuesta. Sí no es posible adoptar estas medidas, la tangente intermedia deberá ser superior a los 500 metros. Aunque sea deseable, se reconoce que, en diversos casos, no será posible aplicar muchos criterios arriba descritos, como por ejemplo, cuando sea necesario ajustar el trazado a elementos rectilíneos del paisaje, tales como valles estrechos, vías férreas, redes viales urbanas, etc., o aprovechar trazados ya existentes.

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO Elementos de Curvas Circulares (402.04.01):

El Trazado

En la Figura 402.01 se ilustran los diversos elementos asociados a una curva circular. La simbología normalizada que se define a continuación deberá ser respetada por el proyectista. Las medidas angulares se expresan en grados sexagesimales. P.C. : Punto de inicio de la curva P.I. : Punto de Intersección de 2 alineaciones consecutivas P.T. : Punto de tangencia E : Distancia a externa (m) M : Distancia de la ordenada media (m) R : Longitud del radio de la curva (m) T : Longitud de la subtangente (P.C a P.I. y P.I. a P.T.) (m) L : Longitud de la curva (m) L.C : Longitud de la cuerda (m D : Angulo de deflexión (º) p : Peralte; valor máximo de la inclinación transversal de la calzada, asociado al diseño de la curva (%) Sa : Sobreancho que pueden requerir las curvas para compensar el aumento de espacio lateral que experimentan los vehículos al describir I - Ing. Omar A. Hidalgo Quispe la curvaCaminos (m)

TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO TRAZADO DE CURVAS HORIZONTALES:

El Trazado



En la práctica de línea de gradiente y alineamiento, se hizo uso de plantillas (radio mínimo normal y excepcional) en las zonas más críticas, solo para procurar optimización del alineamiento sin entrar al detalle de diseño, es decir, elección de radios mayores a los normales.



No hay en realidad regla fija para elegir los radios de la curva, lo recomendable es que sean lo más grandes posibles pues estos asegurarían el valor de la velocidad directriz para la cual fueron diseñados y por ende no afectaría la capacidad de la vía y la vez que se ciñan lo más que se pueda a la línea de gradiente. En caso extremo (evitar mayor movimiento de tierra) podrán utilizarse los valores excepcionales, lo que se justificará. Tenga en cuenta que cabe la posibilidad que con el correr de los años de su vida útil, aumente el flujo vehicular o se convierta en una zona turística o de fuerte comercio. Viéndose en la necesidad de subir la velocidad directriz, las zonas en las que anteriormente utilizó valores excepcionales, difícilmente podrían mejorarse con un simple ensanche de la vía, habría que diseñar otro eje. Caminos I - Ing. Omar A. Hidalgo Quispe

TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO TRAZADO DE CURVAS HORIZONTALES:

El Trazado



Deberá evitarse pasar bruscamente de una zona de curvas de gran radio o otra de radios marcadamente menores. Deberá pasarse en forma gradual.



En una vía de primer orden se aconseja no emplear más de cuatro curvas circulares en 1 Km., pero esto realmente dependerá de la topografía del terreno y si fuera el caso de existir un gran número de curvas o cambios en la velocidad directriz de diseño deberá estar acompañada de una adecuada señalización.



En terreno llano deberá respetarse la siguiente conducción: para un ángulo de deflexión de 5°, la longitud de la curva no será menor de 150mt, para ángulos menores, la longitud de la curva aumentar 30 m. por cada grado de disminución del ángulo de deflexión. Nunca deberá emplearse ángulos menores de 59’. Caminos I - Ing. Omar A. Hidalgo Quispe

Ejm. Trazo de Alineamiento B

A

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TRAZO DE CURVAS SOBRE EL ALINEAMIENTO TRAZADO DE CURVAS HORIZONTALES:

El Trazado

De las fórmulas anteriores, podemos continuar nuestra práctica: R 

 T  α  2arTg   R  

T Tg

α 2

T (m)

 (°)

R (m)

1

30

27.5°

122.6

2

36

23°

176.95

3

22

45°

52.46

4

26

50°5

55.13

5

39

35°

123.69

Curva N°

T (m)

R (m)



N°

1

30

123

27°24’50”

2

36

177

22°59’35”

3

22

52

45°51’51”

4

26

55

50°36’10”

5

39

124

34°55’06”

Curva

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Ejm. Trazo de Alineamiento B



A

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CAMINOS

“El hombre nunca sabe de lo que es capaz hasta que lo intenta”



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GRACIAS