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Diseño Geométrico
CEE 320Steve Muench
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Esquema1. Conceptos2. Alineamiento Vertical
a. Fundamentosb. CV Convexasc. CV Cóncavasd. Ejemplos
3. Alineamiento Horizontala. Fundamentosb. Peralte
4. Otros
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Conceptos
• El alineamiento en un problema en 3D representado en dos problemas 2D– Alineamiento Horizontal (planta)– Alineamiento Vertical (perfil)
• Progresivas– A lo largo del alineamiento horizontal– 12+300 = 12300 m
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ProgresivasAlineamiento Horizontal
Alineamiento H&V
From Perteet Engineering
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Alineamiento Vertical
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Alineamiento Vertical• Objetivo:
– Determinar cotas para asegurar • drenaje• aceptable nivel de seguridad
• Primer desafío– Transición entre dos pendientes– Curvas verticales
G1 G2G1 G2
CV Convexa
CV Cóncava
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Fundamentos Curva Vertical
• Función parabólica– Tasa constante de cambio de pendiente– Implica tangentes iguales (proyectadas sobre
la horizontal)
• y es la cota de rasante, x las progresivas desde el comienzo de la curva
cbxaxy 2
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Fundamentos Curva Vertical
G1
G2
PVI
PVTPVC
L
L/2
δ
cbxaxy 2
x
Choose Either:• G1, G2 in decimal form, L in feet• G1, G2 in percent, L in stations
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RelacionesChoose Either:• G1, G2 in decimal form, L in feet• G1, G2 in percent, L in stations
G1G2
PVI
PVTPVC
L
L/2
δ
x
1 and 0 :PVC At the GbdxdYx
cYx and 0 :PVC At the
LGGa
LGGa
dxYd
22 :Anywhere 1212
2
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Otras Propiedades
• El Valor-K defines la curvatura vertical– Es la longitud horizontal necesaria para un
cambio de pendiente de 1%. En el sistema métrico la unidad es m/%.
ALK
1./ GKxptlowhigh
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Curvas Verticales Convexas
G1G2
PVI
PVTPVC
h2h1
L
SSD
221
2
22100 hh
SSDAL
A
hhSSDL
2
212002
DVD < L DVD > L
Line of Sight
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Curvas Verticales Convexas
• Suposiciones– h1 = altura ojo conductor ≈ 1.1 m– h2 = altura luz trasera ≈ 0.6 m
• Ecuaciones Simplificadas
2158
2SSDAL A
SSDL 21582
DVD < L DVD > L
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Controles Diseño Curva Vertical Convexa
from AASHTO’s A Policy on Geometric Design of Highways and Streets 2001
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Controles Diseño Curva Vertical Convexa
from
AA
SH
TO’s
A P
olic
y on
Geo
met
ric D
esig
n of
Hig
hway
s an
d S
treet
s 20
01
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Curvas Verticales Cóncavas
G1 G2
PVI
PVTPVC
h2=0h1
L
Distancia Iluminación Faros (DVD)
tan200 1
2
ShSSDAL
ASSDhSSDL tan2002 1
DVD < L DVD > L
Rayo luz faros (divergencia β grados)
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Curvas Verticales Cóncavas
• Suposiciones– h1 = altura faros delanteros ≈ 0.6 m– β = 1 grado
• Ecuaciones Simplificadas
SSD
SSDAL5.3400
2
A
SSDSSDL 5.34002
DVD < L DVD > L
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Controles Diseño Curvas Verticales Cóncavas
from AASHTO’s A Policy on Geometric Design of Highways and Streets 2001
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Controles Diseño Curvas Verticales Cóncavas
from
AA
SH
TO’s
A P
olic
y on
Geo
met
ric D
esig
n of
Hig
hway
s an
d S
treet
s 20
01
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AlineamientoHorizontal
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Alineamiento Horizontal
• Objetivo: – Geometry of directional transition to ensure:
• Safety• Comfort
• Primary challenge– Transition between two directions– Horizontal curves
• Fundamentals– Circular curves– Superelevation
Δ
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Fundamentos de Curva Horizontal
R
T
PC PT
PI
M
E
R
Δ
Δ/2Δ/2
Δ/2
RRD
000,18
180100
2tan
RT
DRL
100
180
L
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Fundamentos de Curva Horizontal
1
2cos1RE
2
cos1RM
R
T
PC PT
PI
M
E
R
Δ
Δ/2Δ/2
Δ/2L
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Peralte cpfp FFW
cossincossin22
vvs gR
WVgRWVWfW
α
α
Fcp
Fcn
Wp
Wn F f
F f
α
Fc
W 1 fte
≈Rv
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Peralte
cossincossin22
vvs gR
WVgRWVWfW
tan1tan2
sv
s fgRVf
efgRVfe s
vs 1
2
efgVRs
v
2
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Selección de e y fs
• Límites prácticos de peralte (e)– Clima– Constructibilidad– Uso del suelo adyacente
• Variaciones de Factor de fricción lateral (fs)– Velocidad vehículo– Textura pavimento– Condición neumático
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Factor Fricción Lateral
from AASHTO’s A Policy on Geometric Design of Highways and Streets 2004
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Tablas de Radio Mínimo
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Factores Fricción Lateral WSDOT
from
the
2005
WS
DO
T D
esig
n M
anua
l, M
22-
01
Para caminos y ramas
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Factores de Peralte WSDOT
from
the
2005
WS
DO
T D
esig
n M
anua
l, M
22-
01
For Low-Speed Urban Managed Access Highways
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Peralte de Diseño - AASHTO
from AASHTO’s A Policy on Geometric Design of Highways and Streets 2004
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Peralte de Diseño - WSDOT
from the 2005 WSDOT Design Manual, M 22-01
emax = 8%
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Distancia Visual Detención
Rv
Δs
Obstruction
Ms v
s RSSD
180
DRSSD s
sv
100
180 SSD
vvs R
SSDRM
90cos1
v
svv
RMRRSSD 1cos
90
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Suplementos
• Sección transversal• Transición del peralte
– Desarrollo– Tangente extendida
• Curvas espirales• Sobreancho
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Sección Transversal
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Transición Peralte
from the 2001 Caltrans Highway Design Manual
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Transición Peralte
from AASHTO’s A Policy on Geometric Design of Highways and Streets 2001
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Peralte: Desarrollo/Tangente Extendida
from
AA
SH
TO’s
A P
olic
y on
Geo
met
ric D
esig
n of
Hig
hway
s an
d S
treet
s 20
01
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Desarrollo Peralte - WSDOT
from the 2005 WSDOT Design Manual, M 22-01
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Curvas Espirales
Sin Espiral
Espiral
from AASHTO’s A Policy on Geometric Design of Highways and Streets 2001
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Sin Espiral
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Curvas Espirales
• WSDOT no usa curvas espirales• Involucra geometría compleja• Requiere más relevamiento• Son algo empíricas• Si se usan, la transición del peralte debe
realizarse en toda la espiralPARA DISCUTIR
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Longitudes Espirales Deseables
from AASHTO’s A Policy on Geometric Design of Highways and Streets 2001
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Velocidades de Operación y Directriz
Velocidad 85º Percentil vs. Velocidad Directriz Inferida según 138 Curvas Horizontales de CR2C
Velocidad 85º Percentil vs. Velocidad Directriz Inferida
con DVD limitada por Curva Vertical Convexa
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Referencias
• Mannering, F.L.; Kilareski, W.P. and Washburn, S.S. (2005). Principles of Highway Engineering and Traffic Analysis, Third Edition. Chapter 3
• American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). (2001). A Policy on Geometric Design of Highways and Streets, Fourth Edition. Washington, D.C.