01_Diseño Geométrico de carreteras

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Ing. Oscar Fredy Alva VillacortaDocente de la Facultad de Ingeniera Civil

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Introduccin

El diseo geomtrico moderno decarreteras es el proceso de correlacinentre sus elementos fsicos y lascaractersticas de operacin de losvehculos, mediante el uso de las

CAPITULO III

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vehculos, mediante el uso de lasmatemticas, la fsica y la geometra.En este sentido, la carretera quedageomtricamente definida por eltrazado de su eje en planta, perfil y porsu seccin transversal.

Ing. Oscar Fredy Alva VillacortaDocente FIC

Criterios y Controles Bsicos para el de Diseo

El manual de Diseo Geomtrico DG-2001, en su Capitulo II destaca lossiguientes factores:

CAPITULO III

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El tipo y la calidad de servicio que la carretera debe brindar al usuario.

La seguridad para el usuario

La inversin inicial.

Impacto del proyecto sobre el medio ambiente.


Criterios y Controles Bsicos para el de Diseo

Los controles bsicos de diseo se describen en las siguientes secciones del manual y son:

Seccin 202: Vehculos de Diseo

Seccin 203: Caractersticas del Trnsito

Seccin 204: Velocidad de Diseo

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Seccin 204: Velocidad de Diseo

Seccin 205: Visibilidad

Seccin 206: Control de acceso

Seccin 207: Instalaciones al Lado de la Carretera

Seccin 208: Facilidades para Peatones

Seccin 209: Valores Estticos

Seccin 210: Capacidades y niveles de Servicio.

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Las dimensiones Mximas de los Vehculos a emplear en el diseo geomtrico sern las establecidas en el Reglamento de Pesos y Dimensin vehicular para la circulacin en la Red Vial Nacional.

A.- Vehculo de diseoCAPITULO III

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GIRO MNIMO VEHCULOS TIPOEl espacio mnimo absoluto para ejecutar un girode 180 en el sentido del movimiento de lasagujas del reloj, queda definido por la trayectoriaque sigue la rueda delantera izquierda del vehculo(trayectoria exterior) y por la rueda traseraderecha (trayectoria interior).

A.- Vehculo de diseoCAPITULO III

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En las Figuras 202.01, 202.02, 202.03,202.04, 202.05 y 202.06 e ilustran lastrayectorias mnimas obtenidas para los vehculosde diseo con las dimensiones mximasestablecidas en el Reglamento de Peso yDimensin Vehicular.


A.- Vehculo de diseo

Giro mnimo de vehculos tipo

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GIRO MINIMO PARA VEHICULOS LIGEROS (VL) GIRO MINIMO PARA VEHICULOS B2 C2




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GIRO MINIMO PARA VEHICULOS B3 O C3 GIRO MINIMO PARA VEHICULOS T2S2




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GIRO MINIMO PARA VEHICULOS T3S2 GIRO MINIMO PARA VEHICULOS C2-R3


Generalidades

La acertada prediccin de los volmenes de demanda, su composicin y la evolucin que estas variables pueden experimentar a lo largo de la vida de diseo, es indispensable para seleccionar la categora que se debe dar a una determinada va.

B.- Caractersticas del trnsitoCAPITULO III

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a una determinada va.


1. ndice Medio Diario Anual (IMDA)

Representa el promedio aritmtico de los volmenes diarios paratodos los das del ao, previsible o existente en una seccindada de la va. Su conocimiento da una idea cuantitativa de laimportancia de la va en la seccin considerada y permiterealizar los clculos de factibilidad econmica.

B.- Caractersticas del trnsitoCAPITULO III

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2. Clasificacin por tipo de vehculo2. Clasificacin por tipo de vehculo

Expresa en porcentaje la participacin que le corresponde en elIMD a las diferentes categoras de vehculos, debiendodiferenciarse por lo menos las siguientes:

Vehculos Ligeros: Automviles, Camionetas hasta 1,500 Kg.

Transporte Colectivo: Buses Rurales e Interurbanos.

Camiones: Unidad Simple para Transporte de Carga

Semirremolques y Remolques: Unidad Compuesta para Transporte de Carga.


3. Demanda Horaria

En caminos de alto trnsito es el volumen horario de diseo(VHD), y no el IMDA, lo que determina las caractersticas quedeben otorgarse al proyecto para evitar problemas de congestiny determinar condiciones de servicio aceptables.

B.- Caractersticas del Trnsito

i aoi ao IMDA 0.18 ~12.0VHD =

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4. Crecimiento del trnsito

Deben establecerse los volmenes de trnsito presente en el aode puesta en servicio del proyecto y aquellos correspondientes alao horizonte de diseo.

En el caso de carreteras de 3er orden que rara vez enfrentanproblemas de congestin a lo largo de su vida de diseo, tasas decrecimiento de tipo histrico observadas en la regin pueden sersuficientes para abordar el problema.

En el caso de carreteras de 1er y 2do orden, se requerir unestudio especial para proyectar la evolucin del trnsito en todossus aspectos.Ing. Oscar Fredy Alva Villacorta

Docente FIC

B.- Caractersticas del TrnsitoCAPITULO III

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Cuadro 3-1. Ejemplo de Clculo del ndice Medio Diario Anual (IMD)


B.- Caractersticas del TrnsitoCAPITULO III

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Habilidad y estado anmico del conductor,

Tipo y estado del vehculo,

C.- Velocidad de diseoCAPITULO III

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1La Velocidad que adoptan los conductores en unacarretera dependen de diversas circunstancias,como:

Tipo y estado del vehculo,

Caractersticas fsicas de la carretera y de sus zonas adyacentes,

Condiciones climticas,

Presencia de otros vehculos en la va,

Limitaciones impuestas por las leyes de trnsito.


C.- Velocidad de diseo

La velocidad directriz o de diseo, es laescogida para el diseo, entendindose que serla mxima que se podr mantener con seguridadsobre una seccin determinada de la carretera,cuando las circunstancias sean favorables paraque prevalezcan las condiciones de diseo.

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Relacin entre la velocidad directriz ylas caractersticas geomtricas:

La velocidad directriz condiciona todas lascaractersticas ligadas a la seguridad deltrnsito. Por lo tanto ellas, como elalineamiento horizontal y vertical,

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alineamiento horizontal y vertical,distancia de visibilidad y peralte, variarnapreciablemente con la velocidaddirectriz. En forma indirecta estninfluenciados los aspectos relativos alancho de calzada, bermas, etc.


Velocidad de Marcha:Denominada tambin velocidad de crucero, es elresultado de dividir la distancia recorrida entre eltiempo durante el cual el vehculo estuvo enmovimiento, bajo las condiciones prevalecientesdel trnsito, la va y los dispositivos de control.


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Velocidad de Operacin:En el diseo geomtrico de carreteras, se entiendecomo velocidad de operacin de un determinadoelemento geomtrico, la velocidad segura ycmoda a la que un vehculo aislado circulara porl.


Relacin entre las velocidades de operacin y de marcha

La Tabla 204.01 del DG-2001 muestra lasvelocidades de marcha que se pueden tomar enfuncin de la velocidad directriz.


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Seleccin de La Velocidad Directriz

La seleccin de la velocidad directriz es sumamente importanteporque fija los lmites de los radios de curvatura, sobreanchos,peraltes, curvas verticales, visibilidad y otros aspectosgeomtricos de la carretera; obtenindose as un todo armnico,equilibrado y sencillo que no ofrezca sorpresas al conducir.


La seleccin de la velocidad directriz depende de:

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La importancia o categora de la futura carretera,

De los volmenes del trnsito que va a mover,

De la configuracin topogrfica 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 econmicos y de las facilidades de financiamiento.


La Tabla 101.01 del DG-2001 muestra el rango de las velocidades de diseo que se deben utilizar en funcin del tipo de carretera segn sus caractersticas.


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En las carreteras es fundamental que exista, tantoen planta como en perfil la visibilidad precisa paraque el conductor del vehculo pueda ver delante del a la distancia mnima necesaria para tomar congaranta decisiones oportunas.

D.- Visibilidad

Distancia de visibilidad, es la longitud continuahacia delante del camino, que es visible al

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hacia delante del camino, que es visible alconductor del vehculo.

En diseo se consideran dos distancias:

1. La de visibilidad de parada suficiente para detener el vehculo, y

2. La de Visibilidad de adelantamiento, necesaria para que un vehculo adelante a otro que viaje a velocidad inferior, en el mismo sentido. Ing. Oscar Fredy Alva Villacorta

Docente FIC

1. Distancia de Visibilidad de parada (Dp)

Es la mnima requerida para que se detenga un vehculo queviaja a la velocidad de diseo, antes de que alcance unobjetivo inmvil que se encuentra en su trayectoria.

Todos los puntos de una carretera debern estar provistosde la distancia mnima de visibilidad de parada.

D.- VisibilidadCAPITULO III

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Figura 3-1. Relacin entre altura del objeto y altura del ojo del conductor

1.15 m

1.15 m


Clculo de la distancia de Visibilidad de parada:a) Alineamiento Recto y Rasante de Pendiente Uniforme.


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Donde:Dp : Distancia de Visibilidad de Parada(m)V : Velocidad de diseo de la carretera (Kph)tp : Tiempo de percepcin + reaccin (seg)f : Coeficiente de friccin, pavimento hmedoi : Pendiente Longitudinal (en tanto por uno)

+i = Subida respecto al sentido de circulacin-i = Bajada respecto al sentido de circulacin

dpr : Distancia de percepcin y reaccindf : Distancia de frenado

(((( ))))if254V

3.6tV

Dp p

++++

====

dpr df


Donde tp corresponde aproximadamente a 2 seg y f vara entre 0,30 0,40, segn aumente la Velocidad.

Clculo de la distancia de Visibilidad de parada:b) Condicionamiento Asociado a singularidades de Planta o Perfil

D.- Visibilidad

En la figura 402.5 del manual DG-2001, se indica la variacin de la distancia de visibilidad de parada con la velocidad de diseo y la pendiente. Donde tp corresponde aproximadamente a 2 seg y f vara entre 0,30 0,40, segn aumente la Velocidad.

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Ejemplo:Hallar la distancia de Visibilidad de Parada para una carreteraen tramo tangente de Vd = 60Kph con una pendiente de +6%

D.- VisibilidadClculo de la distancia de Visibilidad de parada:

a) Segn la frmula:

(((( ))))if254V

3.6tV

Dp p

++++

====

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260 x 2 60Dp 67.90 .3.6 254(0.35 0.06) m= + =+

(((( ))))if2543.6

Para : Vd = 60Kph tomamosTp = 2.s; f = 0.35 (f vara de 0.30 a 0.40)

Reemplazando valores:


D.- Visibilidad

b) Segn la figura 402.5 DG-2001Para V = 60Kph y Pendiente = + 6% Dp = 68 m.

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D.- VisibilidadImposibilidad de cruce-distancia doble visibilidad

Cuando el camino es de un ancho tal que no permita el cruce de 2vehculos a la velocidad de rgimen hay que calcular la distancia precisapara que puedan parar antes de chocar.

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5m)f*254

V2(0.555Vdv2

++++++++====

5m)i127(fV*f1.11Vdv 22

2

++++

++++====

Tramos Horizontales:

Tramos en pendiente:


D.- VisibilidadDistancia mnima de seguridad entre dos vehculos

Si dos vehculos marchan a la misma velocidad uno tras otro, la mnimadistancia que los debe separar ha de ser tal que si el que va adelanteaplica los frenos, el que le sigue tenga tiempo para detenerse sin llegar achocar.

Se considera que el tiempo necesario es un segundo, y como losvehculos no son puntos, sino tienen cierta longitud, habr que aadir lonormal de un coche, 6.00 m. aproximadamente, resultando la frmulasiguiente:

S = (V / 5) + 6

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S = (V / 5) + 6

S: en metros y V: en Km./h


2. Distancia de Visibilidad de paso o adelantamiento (Da)

Es la mnima que debe estar disponible, a fin de facultar al conductordel vehculo a sobrepasar a otro que se supone viaja a una velocidad15 Kph. menor, con comodidad y seguridad, sin causar alteracin enla velocidad de un tercer vehculo que viaja en sentido contrario a lavelocidad directriz, y que se hace visible cuando se ha iniciado lamaniobra de sobrepaso.


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Da = D1 + D2 + D3 + D4Ing. Oscar Fredy Alva VillacortaDocente FIC

2. Distancia de Visibilidad de paso o adelantamiento (Da)

D1 = Distancia recorrida durante el tiempo de percepcin, reaccin y durante la aceleracin inicial.

D2 = Distancia recorrida durante la operacin de paso.

D3 = Distancia entre el vehculo que pasa, al terminar la operacin, y el vehculo que viene en sentido opuesto.

D4 = Distancia recorrida por el vehculo que viene en sentido opuesto.

Estas distancias se calculan en funcin de valores de velocidad


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Estas distancias se calculan en funcin de valores de velocidadpromedio de los vehculos que realizan la operacin, el tiempo queemplean y la aceleracin que ejercen, a travs de observacionesdirectas en campo.

a d

Por razones de seguridad, se supone que toda la maniobrade adelantamiento se realiza a la velocidad de diseo Vd.Segn lo anterior, la distancia mnima de visibilidad depaso o adelantamiento Da es aproximadamente igual a:

Da 5VdIng. Oscar Fredy Alva VillacortaDocente FIC


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D.- Visibilidad

Consideraciones para la Visibilidad de paso

a) Cuando no existen impedimentos impuestos por el terreno yque se reflejan por lo tanto en el costo de construccin, lavisibilidad de paso debe asegurarse para el mayor desarrolloposible del proyecto.

b) Cuando no sea posible, econmicamente que el trazadotenga en todos los puntos la distancia de visibilidad de paso,debe exigirse que por lo menos cada 2 km haya un tramodonde exista.

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donde exista.

c) Se deber evitar que se tengan sectores sin visibilidad deadelantamiento, en longitudes superiores a las de la tabla205.1 (DG-2001), segn las categoras de la carretera.



d) Los sectores con visibilidad adecuada para adelantardebern distribuirse lo ms homogneamente posible a lolargo del trazado. En un tramo de carretera de longitudsuperior a 5 Km, emplazado en una topografa dada, seprocurar que los sectores con visibilidad adecuada paraadelantar, respecto del largo total del tramo, se mantengandentro de los porcentajes que se indican en la tabla 205.2(DG-2001).


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(DG-2001).


D.- Visibilidad

e) Para ordenar la circulacin en relacin con la maniobra deadelantamiento, se puede definir:

Una zona de preaviso, dentro de la que no se debeiniciar un adelantamiento, pero si se puede completaruno iniciado con anterioridad.

Una zona de prohibicin propiamente dicha, dentro delo que no se puede invadir el carril contrario.


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lo que no se puede invadir el carril contrario.


D.- Visibilidad

Ejemplo: Segn la lmina 402.06 Distancia de Visibilidad de Paso o Adelantamiento (Da) Para Vd = 60Kph es Da = 290m

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f) La distancia de visibilidad de paso vara con la velocidaddirectriz segn el diagrama de la Figura 402.06. delmanual DG-2001.


g) En carreteras de calzada nica de doble sentido decirculacin, debido a su repercusin en el nivel de servicio y,sobretodo, en la seguridad de la circulacin, se debe tratarde disponer de la mxima longitud posible con posibilidad deadelantamiento de vehculos ms lentos, siempre que laintensidad de la circulacin en el sentido opuesto lo permita.

Tanto los tramos en los que se pueda adelantar como

D.- Visibilidad


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Tanto los tramos en los que se pueda adelantar comoaquellos en los que no se pueda debern ser claramenteidentificables por el usuario.

Finalmente puede decirse, que con las distancias devisibilidad de parada y paso, as medidas tanto en plantacomo en perfil, en carreteras de dos carriles con dossentidos de circulacin, se podrn determinar las zonasdonde se debe prohibir la maniobra de adelantamiento yen donde se debe limitar la velocidad mediante unaadecuada sealizacin, Esto, a su vez, determinar elporcentaje de longitud de carretera habilitada paraefectuar maniobras de adelantamiento, til en el clculo dela capacidad de la carretera.Ing. Oscar Fredy Alva VillacortaDocente FIC

El MTC. Debe prever en forma anticipada en losproyectos de carreteras de las categoras Autopistay Multicarril, la forma de darle acceso a la tierraadyacente.

E.- Control de AccesoCAPITULO III

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La actividad que se desarrolla en una carretera hadado origen a una serie de instalaciones auxiliares,las que deben proyectarse y ubicarse de modo queno atenten contra la seguridad.

Los tipos de instalaciones ms corrientes son:

Refugios para los viajeros que utilizan los

F.- Instalaciones al lado de la carreteraCAPITULO III

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Refugios para los viajeros que utilizan los medios de Transporte Colectivo urbano o rural, en los caminos que admiten detenciones regulares.

Casetas telefnicas. Estaciones de peaje y pesaje de camiones. Estaciones de servicio. Puestos de Control de la P.N.P. Restaurantes, hospedajes. Aduanas. Lugares de descanso y miradores.Ing. Oscar Fredy Alva Villacorta

Docente FIC

F.- Instalaciones al lado de la carreteraCAPITULO III

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G.- Facilidad para peatones

El incremento en los volmenes de trnsito y enlas prdidas por accidente en los que estninvolucrados peatones, se ha acompaado por unconocimiento creciente del pblico acerca de lanecesidad de construir instalaciones seguras yadecuadas para los peatones.

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En el diseo de cualquier camino se tendr, en concordancia notan slo su incorporacin al paisaje sino que tambin elaprovechamiento de las bellezas naturales. Esta disposicinadquiere mayor valor en el caso de carreteras que cruzan zonasde gran belleza natural. En todo caso, el alineamiento, el perfily la seccin transversal deben guardar armona con lascondiciones del medio, evitando as un quiebre de los factoresecolgicos.

H.- Valores EstticosCAPITULO III

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I.- Capacidad y Niveles de Servicio

La teora de Capacidad de Carreteras constituye una poderosaherramienta para analizar la calidad del servicio que es dableesperar para el conjunto de vehculos que operan en unacarretera de caractersticas dadas.

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I.- Capacidad y Niveles de Servicio

Deber realizarse un anlisis decapacidad de la va y de los nivelesde servicio esperado, segn elvolumen de demanda y lascondiciones reales del proyecto, loque servir para evaluar lascaractersticas y/o restricciones detrnsito, geomtricos, ambientales y

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trnsito, geomtricos, ambientales yde calidad del servicio que ofrecer lava a sus usuarios. Con el fin derealizar los ajustes necesarios en losfactores y/o parmetros consideradosen el diseo geomtrico.

A modo de referencia, para laejecucin de dicho anlisis sepresenta el Anexo N 01 Capacidady Niveles de Servicio.


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