Diseño Geométrico Carreteras-Resumen

ANALISIS DEL MANUAL DE DISEO GEOMETRICO DE CARRETERAS (DG2001)

Por: Ing. Manuel Borja Surez

May2011

Anlisis del Manual de Diseo Geomtrico de Carreteras DG-2001 Pg. 2 Ing. Manuel Borja Surez

1) CLASIFICACION DE LAS CARRETERAS EN EL PERU

1.1) Segn la Demanda: a) Autopistas de 1ra. Clase (AP)

IMDA > 6000 veh/da Calzadas separadas con separador central > 6m Dos o ms carriles por calzada, c/carril >= 3.60 m Control total de accesos Proporciona flujo vehicular continuo

b) Autopistas de 2da. Clase: Carreteras Dual o Multicarril (MC)

IMDA 4001 6000 veh/da Calzadas separadas con separador central >= 3m Dos o ms carriles por calzada, c/carril >= 3.60 m Control parcial de accesos Proporciona flujo vehicular continuo

c) Carreteras de 1era. Clase (DC)

IMDA: 2001 4000 veh/da Una calzadas de 2 carriles, c/carril >= 3.60 m

d) Carreteras de 2da. Clase (DC)

IMDA: 400 2000 veh/da Una calzadas de 2 carriles

e) Carreteras de 3ra. Clase (DC)

IMDA: < 400 veh/da Una calzadas de 2 carriles

f) Carreteras de Bajo Volumen de Trnsito Pavimentadas (BVT)

Base legal: RM. N 3052008MTC/02 IMDA: Hasta 350 veh/da Vehculos de carga y pasajeros hasta 3 ejes (B3, C3) Superficie rodadura: Desde tratamiento superficial asfltico hasta carpeta asfltica

g) Carreteras de Bajo Volumen de Trnsito No Pavimentadas

Base legal: RM. N 3032008MTC/02 IMDA: Hasta 200 veh/da Superficie rodadura: Afirmado estabilizado por diferentes mtodos SubClasificacin:

T3 IMDA: 101 200 veh/da (2 carriles, calzada: 5.5. 6 m) T2 IMDA: 51 100 veh/da (2 carriles, calzada: 5.5. 6 m) T1 IMDA: 16 50 veh/da (1 carril, calzada: 3.5) T0 IMDA: < 15 veh/da (1 carril, calzada: 3.5) Trocha carrozable: IMDA indefinido (1 sendero) Nota: Para las calzadas de 1 carril se deben considerar plazoletas de cruce cada 500 m.


1.2) Segn la orografa del terreno:

Orografa tipo 1: Inclinacin transversal del terreno 100%

2) DISEO DEL ALINEAMIENTO HORIZONTAL

a) Velocidad Directriz: Ver Tabla 104.01: Clasificacin de la Red Vial Nacional y su relacin con la velocidad de diseo Mxima velocidad a desarrollar por los vehculos para que circulen con seguridad Rango segn Reglamento: 30 150 km/h Condiciona la mayora de caractersticas geomtricas del proyecto Se debe evitar cambios repentinos en la velocidad de diseo a lo largo de la carretera. Las diferencias de velocidad entre tramos continuos no debe ser mayor a 20 km/h La longitud mnima a partir de la cual se puede variar la velocidad directriz es de 2 km.

b) Radios mnimos: Ver Tabla 402.02: Radios mnimos y peraltes mximos para diseo de carreteras Longitud de curva mxima: 800 m. Radio mximo: 10000 m Por frmula emprica:

127 Donde: R min = Radio mnimo (m) V = Veloc. Directriz (Km/h) Pmax = Peralte mximo de la curva (en decimal) Fmax = Coef. Friccin transversal (0.140.17)

c) Sobreanchos: Ver Tabla 402.04: Valores de Sobreancho para vehculo tipo C2 Ver Tabla 402.05: Factores de Reduccin del sobreancho para calzadas mayores a 7m Permite compensar el mayor espacio requerido por los vehculos en las curvas. Aplicado solo al borde interior de la calzada a lo largo de la longitud de la curva y antes de

construir las bermas. (Long. De transicin del peralte) Redondear a mltiplos de 0.10 m por proceso constructivo. Valor mnimo: 30 cm. Por frmula: Para calzadas mayores de 7m, reducir sobreancho segn factor de reduccin (Tabla 402.05) Los sobreanchos tambin deben considerarse en el metrado de la estructura del pavimento Para calcular el valor del sobreancho se utiliza la siguiente frmula:

10 Donde: S/a = Sobreancho (m) N = Nmero de carriles


R = Radio de la curva (m) L = Dist. entre eje posterior y la parte frontal del vehculo (Tomar como Ref. Tabla 202.01) V = Veloc. Directriz (Km/h)

El sobreancho se repartir en forma proporcional a lo largo de la longitud de transicin del peralte, para la espiral de transicin; el valor para cada kilometraje se calcular mediante la siguiente expresin:

Donde: Sa i = Sobreancho en el kilometraje i Sa = Sobreancho total de la curva L = Longitud de transicin del peralte Long. de espiral L i = Longitud hasta el kilometraje i

El inicio de la longitud de transicin del peralte por lo general comienza mucho antes que el kilometraje del PC y termina despus del PT; esto significa que todas las secciones transversales contenidas en estos tramos tendrn sobreanchos diferentes.

Si la curva de transicin en espiral es mayor a 40 m, el inicio de la transicin del sobreancho se iniciar 40 m antes del inicio de la curva circular. Si la curva de transicin es espiral es menor a 40 m, el sobreancho se desarrollar a lo largo de esta longitud.

d) Visibilidad en curvas horizontales:

d.1) Distancia de Visibilidad Parada (Dp): Ver Abaco (Fig. 402.05): Distancia de Visibilidad de Parada Ver Fig. 402.10g: Visibilidad en curvas en planta Dist. mnima requerida para que un vehculo se detenga antes de alcanzar un objeto

inmvil en su trayectoria. Visibilidad para el conductor del carril interno de la curva. Se mide a lo largo del recorrido del eje del carril interior de la curva. La pendiente longitudinal de la rasante influye sobre la Dp, para valores mayores a 5% de

pendiente y velocidades mayores a 80 km/h. Todos los puntos de la carretera deben estar provistos de una distancia mnima de

visibilidad de parada. Para asegurar la Visibilidad se produce un despeje lateral para los taludes de corte. (Fig.

402.08) Existen dos casos: Dp< Long. Curva y Dp > Long. Curva Para calcular la Dp se puede utilizar la siguiente frmula:

. 3.6

254 Donde: Dp = Dist. de Visibilidad de parada (m) V = Veloc. Directriz (Km/h) t = Tiempo de percepcin y reaccin: (1.51 s) f = Coef. Friccin que vara con la Velocidad (0.30 0.40) i = Pendiente longitudinal rasante en decimales


En el diseo de curvas horizontales existen cuatro posibilidades de interpretar el signo de la pendiente para la rasante en ese tramo. Cuando la Pendiente de la rasante > 0%, existen dos casos: Si Curva Horiz. Derecha Utilizar pendiente + % Si Curva Horiz. Izquierda Utilizar pendiente % Cuando la Pendiente de la rasante < 0%, Si Curva Horiz. Derecha Utilizar pendiente % Si Curva Horiz. Izquierda Utilizar pendiente + %

d.2) Distancia de Visibilidad de Paso o Adelantamiento (Da):

Ver baco (Fig. 402.06): Distancia de visibilidad de paso Dist. mnima requerida para que un vehculo sobrepase a otro que viaja a una velocidad de

15 Km/h menor, sin causar alteracin a la velocidad de un tercer vehculo que viaja en sentido contrario.

e) Despeje lateral: Ver baco (Fig. 402.07): Despeje Lateral en curvas por Visibilidad de Parada y Adelantamiento. (En

este baco se ha considerado la Distancia de Visibilidad de Parada para una pendiente uniforme del tramo de 0% aprox.)

Ver Fig. 402.08: Seccin transversal del despeje lateral Es el despeje lateral que tienen las secciones transversales dentro de una curva circular para

proporcionar la Visibilidad de Parada o Adelantamiento necesaria y evitar accidentes. El despeje lateral se mide en forma transversal desde el eje central del carril interior de la curva. Por lo general el despeje lateral implicar cortes adicionales de material o la reubicacin de

viviendas ubicadas en las partes internas de las curvas. Para dibujar el despeje lateral se tiene que analizar el dibujo de la seccin transversal, ya que si la

seccin transversal est en relleno, es probable que no se necesite despeje lateral. El despeje lateral mximo en el kilometraje del centro de la curva se calcula mediante la siguiente

frmula:

1 90 Donde: a = Despeje lateral mximo (m) R = Radio de la curva (m) Dv = Dist. de Visibilidad de Parada de Adelantamiento (Dp Da)

Para determinar el despeje lateral en las otras secciones transversales se deber dibujar la envolvente de visuales partiendo desde un punto ubicado en el kilmetraje: PC Dv, hasta llegar al kilometraje: PT + Dv

f) Requisitos generales para el alineamiento horizontal:

f.1) Curvas circulares

Para ngulos de deflexin ( ) 30(10 ) No usar nunca ngulos de deflexin ( ) < 0 59 Longitud de curva mnima: > 3V (Carreteras 2 carriles); > 6V (Autopistas)


Cuando existan curvas sucesivas sin tramo intermedio o tramo tangente 500m. (poco aplicable).

En curvas en doble sentido S, el Radio de la curva mayor no debe exceder el 50% el Radio de la curva menor: ( R1 / R2 R2

En curvas S sin tangente intermedia, el parmetro A1 de una clotoide no debe ser mayor al doble del parmetro A2 de la otra clotoide. ( A1 / A2 > 2 )

f.2) Tramos en tangente

Ver Tabla 402.01: Longitud de tramos en tangente Limitar tramos rectos para evitar problemas de cansancio y exceso de velocidad. Longitudes mnimas de tramos rectos (en tangente) entre curvas

Para curvas en sentido contrario en S (Mayor que 5s de recorrido) >=1.39V (V en Km/h) Para curvas en el mismo sentido en U (Mayor que 10s de recorrido) >= 2.78 V (Normas: 6s, 12s, 75s, no coincide con tabla 402.01)

Longitudes mximas de tramos en tangente rectos: (Menos de 60s de recorrido) 3% Usar curva de transicin Si Radio requiere P < 3% y V


Para asegurarse que la curva de transicin y la curva circular resulte fcilmente perceptible por el conductor, verificar: A>= R/3 y AR, se deber disear con un mayor valor de J. Nota 2: En caso A


Datos para replanteo de la transicin en espiral:

Kilometrajes: Km TE = Km PI Ts Km EC = Km TE + Le Km CE = Km EC + Lc Km ET = Km CE + Le

Elementos de la curva circular reducida:

)1

2

1.(

2.2

2.

180..

=

=

=

=

cCosRcEc

cSenRcCc

cTgRcTc

RccLc

3) DISEO DE LA RASANTE

A) Criterios generales: Topografa Velocidad directriz Categora de la carretera Alineamiento Horizontal Distancias de visibilidad Seguridad Drenaje Costos de construccin por los cortes excesivos Esttica Asegurar la visibilidad vertical en la mayor parte del recorrido. Evitar curvas cncavas en tramos en corte (cortes cerrados, inundacin)

Donde: = Angulo en decimales Xi = Coordenada X de cualquier punto de la espiral Yi = Coordenada Y de cualquier punto de la espiral Le = Longitud de la espiral entrada = salida Li = Longitud parcial de la espiral hasta el

kilometraje buscado Lc = Longitud de la nueva curva circular central Rc = Radio de la curva circular inicial Ci = Cuerda a medir desde el TE i = Angulo a medir desde el alineamiento TE-PI

Ts = Tangente de la espiral TE = Punto de inicio de la transicin en espiral ET = Punto final de la transicin en espiral EC = Punto de transicin entre la Espiral y la Curva

circular nueva CE = Punto de transicin entre Curva circular

nueva y la Espiral

XiYiArctgi

)YiXi(Ci

).(LiYi

).(LiXi

)decimales.en(Le.Rc

Li

=+=

++=

++=

=

22

9753

108642

2

6894720756001320423

762048006854409360216101

2


En zonas planas elevar la rasante 50 cm. encima de la cota mxima inundable por lluvias.

B) Pendientes de diseo: Ver Tabla 403.01 Mnima: 0.30% En los tramos en corte: pendiente >= 0.5 % Para altitudes mayores a 3000 msnm reducir cada pendiente indicada en el reglamento en 1%

menos. En lo posible compatibilizar las pendientes con la topografa del terreno. Evaluar costos de movimiento de tierras y costos de operacin de vehculos. En vehculos ligeros, su rendimiento no se ve muy afectado hasta 7% de pendiente. En vehculos pesados, su rendimiento se ve muy afectado en pendientes mayores a 3%.

C) Curvas Verticales: El diseo de la curva vertical implica el clculo de la longitud de la curva vertical proyectada en

planta (L). Usar frmulas o bacos, escogiendo la mayor de todas Evitar dos curvas verticales convexas consecutivas (rasante de lomo quebrado) Son necesarias cuando Dif. Algebraica de Pendientes (A) >= 1% (carreteras pavimentadas) Son necesarias cuando Dif. Algebraica de Pendientes (A) >2 % (carreteras afirmadas)

C.1) Curvas Convexas:

Ver Fig. 403.01: Longitud mnima de curva vertical con distancia de visibilidad de parada. Ver Fig. 403.02: Longitud mnima de curva vertical con distancia de visibilidad de paso. Por frmulas:

C.1.1) Considerando Dist. de Visibilidad de Parada (Dp)

1: =L 2


Donde: L = Long horizontal de la curva vertical convexa (m) Dp = Dist. Visibilidad de Parada (m) (***) A = Diferencia Algebraica de Pendientes (en %): A = ( p1%) ( p2%) h1 = Altura del ojo del conductor sobre la rasante (1.07 m) h2 = Altura mnima de un objeto sobre la rasante (0.15 m)

*** Nota: Para determinar la Dist. de Visibilidad de Parada (Abaco Fig. 402.05) se deber tener en cuenta

la pendiente ms desfavorable (p1% p2%). El reglamento considera como pendiente ms desfavorable la de mayor valor negativo. Sin embargo esto no debera ser as, ya que al considerar la pendiente negativa, los vehculos estaran saliendo de la curva y ya no necesitaran de Distancia de Visibilidad. Al contrario la Distancia de Visibilidad se necesita al momento de ingresar a la curva y estas pendientes son positivas para el caso de curvas convexas.

C.1.2) Considerando Dist. de Visibilidad de Adelantamiento (Da)

Aplicar las mismas frmulas anteriores, considerando el valor de Da en lugar de Dp. Considerar valor h2 como la altura mnima de un vehculo sobre la rasante (1.30m)

Nota: Por lo general las curvas verticales diseadas por Dist. de Visibilidad de Adelantamiento (Da) son muy largas y costosas, es por esto que se prohbe adelantar a otro vehculo en curvas verticales convexas. Los diseos generalmente se basan en la Dist. de Visibilidad de Parada solamente.

C.2) Curvas Cncavas:

Se disean teniendo como situacin ms desfavorable la visibilidad nocturna. Se tiene en cuenta la altura de faros delanteros y la inclinacin de los rayos luminosos de

los mismos. Solamente se disean con la Dist. de Visibilidad de Parada (Dp)

=L 2. .


Donde: L = Long horizontal de la curva vertical cncava (m) Dp = Dist. Visibilidad de Parada (m) (***) A = Diferencia Algebraica de pendientes (% en valor absoluto) (Para el caso de curvas cncavas, utilizar el valor absoluto de A) h = Altura de faros delanteros (0.61) T = Tangente de 1 (Inclinacin de rayos luminosos)

(***) Nota: Para escoger la Dist. de Visibilidad de Parada (Abaco Fig. 402.05) se debe utilizar la pendiente

negativa ms desfavorable

REPLANTEO DE CURVAS VERTICALES:

El replanteo de una curva vertical consiste en calcular las cotas de la rasante comprendidas entre el PCV y PTV de la curva vertical parablica. Se recomienda replantear la curva para los kilometrajes mltiplos de 10m.

La representacin matemtica de una curva vertical convexa cncava corresponde a un arco de parbola, definida por la siguiente ecuacin:

200

100

Donde: Y = Es el desnivel vertical entre la cota PCV y la cota de la rasante, puede ser positivo o negativo. A = Diferencia algebraica de pendientes (en %), (puede ser negativa o positiva) X = Es la Dist. horizontal entre el kilometraje a replantear y el Km. del PCV. L = Longitud horizontal de la curva vertical (calculada con bacos o frmula) P1 = Pendiente de entrada (en % con su propio signo)

Nota: Esta ecuacin considera el origen de coordenadas en el PCV

Calcular los kilometrajes del PCV y PTV segn las siguientes frmulas: Km PCV = Km PIV L/2 Km PTV = Km PIV + L/2


La cota para cada kilometraje de la rasante dentro de la curva vertical se calcular sumando a la cota del PCV el valor de Y calculado con la ecuacin de la parbola, el cual podra tambin ser negativo.

Cota Rasante = Cota PCV + Y Cota PCV = Cota PIV (p1%)*L/2

El formato utilizado para el replanteo de las curvas verticales es el siguiente:

Kilometraje X Y Cota Rasante

Se recomienda tambin calcular el punto de inflexin de la curva vertical (punto ms alto punto

ms bajo de la curva, dependiendo si es una curva convexa o cncava), el cual estar ubicado a una distancia horizontal X del PCV, segn la siguiente expresin.

El kilometraje y la cota del Punto de inflexin se calcularn con las ecuaciones anteriores. Se recomienda que estos datos tambin figuren en los planos del Perfil para un mejor proceso constructivo. No todas las curvas verticales tienen punto de inflexin ya que depender de la pendiente de entrada y la pendiente de salida de la curva.

4) DISEO PARA LAS SECCIONES TRANSVERSALES

a) Ancho de Calzada: Ver Tabla 304.01: Ancho de calzada de dos carriles Ancho 6 7.30 m Ancho mnimo cada carril: 3 m Carreteras calzadas separadas: Mximo 4 carriles por calzada. Carreteras de calzada nica: Mximo 1 carril por sentido

b) Ancho de bermas: Ver Tabla 304.02: Ancho de bermas Zonas de estacionamiento temporal y zona de seguridad. Ancho: 0.50 3.0 En tramos en tangente las bermas tendrn la inclinacin de la calzada En carreteras pavimentadas ubicadas a 3500 msnm o ms se pavimentar como mnimo 1.5m de

toda la berma a fin de proteger la estructura del pavimento. Bermas


Drenaje pluvial Valores: 2 4% El agua de lluvia discurre en forma transversal respecto al eje de la va. En los tramos con pendientes longitudinales el agua discurrir diagonalmente hacia los costados

de la va. Si este tramo no tuviera bombeo el agua discurrir en forma paralela al eje de la va, siendo muy peligrosa esta situacin.

d) Peralte: Ver baco (Fig. 304.04): Peralte en zona rural tipo 1,2 Ver baco (Fig. 304.05): Peralte en zona rural tipo 3,4 Ver baco (304.06): Peralte en zonas con peligro de hielo Ver baco (304.08): Peralte en zonas urbanas Peraltes mximos: Tabla: 304.04 Contrarrestar la fuerza centrfuga. Existen curvas para las cuales es necesario solo un peralte mnimo, en funcin a la velocidad

directriz y el radio de la curva: Tabla 304.07 Existen curvas para las cuales no es necesario disear peralte: Tabla 304.08 Giro del peralte: Por lo general y ms recomendable alrededor del eje de la calzada En muchos casos se justifica utilizar radios superiores al mnimo con peraltes inferiores al mximo. Se calcula mediante la siguiente frmula:

127 Donde: P = Peralte mximo en decimales R = Radio de la curva (m) V = Velocidad (Km/h) f = Coef. Friccin lateral mximo asociado a la Velocidad

Anlisis de la Longitud de Transicin del Peralte (Ltp): Se analiza la transicin del bombeo desde el fin del tramo recto hasta girar a un peralte mximo

dentro de la curva circular. Cuando el eje de giro del peralte coincide con el eje de la calzada, se debe aplicar la siguiente

frmula para calcular la longitud de transicin del peralte

2

Donde: Ltp = Long. mnima de transicin del peralte (Si la curva tiene transicin en espiral , entonces Ltp = Longitud de la espiral) P = Peralte (en %) B = Bombeo (en %) Ac = Ancho de la calzada ipmax = (1.8 0.01V) .. V: Veloc. Directriz (Km/h)

Nota 1: Cuando el eje de giro del peralte no es el eje de la calzada, la expresin (Ac/2) deber ser reemplazada por la distancia del borde de la calzada al eje de giro del peralte

Cuando la curva circular tenga espirales transicin, la longitud de desarrollo del peralte ser igual

a la longitud de la espiral.


La misma longitud de Transicin del Peralte se utilizar para desarrollar el Sobreancho Cuando NO existen curvas de transicin en espiral, la longitud de transicin del peralte (Ltp) se

desarrollar una parte en tangente y otra parte en la curva. Si P 4.5% y P 7% Long. de desarrollo del peralte en tangente = 80% (Ltp)

Verificar que la Longitud de curva con peralte mximo sea >= Long. Curva/3 Por interpolacin lineal simple se debe calcular los bombeos y peraltes netos para los kilometrajes

de replanteo de obra. (cada 10 m. como mnimo)

e) Taludes de Corte y relleno: Taludes en corte: Tabla 304.10, Taludes para terraplenes: Tabla 304.11 Realizar estudio geotcnico y de estabilidad de taludes a lo largo del proyecto.

f) Cunetas: Ver Tabla 304.12: Inclinaciones mximas del talud interior de la cuneta Su objetivo principal es evacuar los escurrimientos superficiales, protegiendo la estructura del

pavimento. Para disear la inclinacin del talud interior de la cuneta: Tabla 304.12 Profundidad: Regiones secas: 0.20 m (poco aplicable para el Per por el

Fenmeno del Nio) Regiones lluviosas: 0.30 m Regiones muy lluviosas: 0.50 m

Pendientes longitudinales de las cunetas: 0.2% (cunetas revestidas), 0.5% (cunetas sin revestir). Las cunetas deben desaguar en cauces naturales u otras obras de arte como alcantarillas de alivio. Las longitudes de tramos de la carretera con cunetas debe ser como mximo de 250m, debiendo

disearse alcantarillas para desaguarlas.

g) Plazoletas de estacionamiento:

Ver Tabla 304.14: Dimensiones y Frecuencias mnimas de plazoletas Necesarias cuando ancho bermas < 2.4 m Las dimensiones y frecuencia estn en funcin a la orografa. Dimensiones: Desde 2.5 x 25 m 3 x 30 m Frecuencia: 800 a 2500 m, segn la topografa

h) Zanjas de coronacin: Existe efecto erosivo en los taludes de corte por el agua de escorrenta. Seccin trapezoidal. El borde superior del talud de corte la banqueta ms cerca al eje de la carretera, distar como

mnimo 2m. en forma horizontal del borde superior del talud de corte de la seccin transversal. El borde superior del talud de corte de la banqueta estar como mnimo 0.5m.encima del nivel del

borde superior del talud de corte de la seccin transversal. La base de la seccin trapezoidal ser como mnimo: 0.5 m La abertura total del canal ser como mnimo: 1m.

i) Banquetas:


Zonas de corte relleno con peligro de deslizamiento. La pendiente longitudinal de las banquetas ser la misma de la pendiente de la rasante, hasta un

mximo de 3% de inclinacin La pendiente transversal de las banquetas ser de 2% Ancho mnimo: 1.5m Altura promedio entre banquetas: 0.80m

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