1 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
NOTAS DE CLASE
Infraestructura del Transporte Terrestre
Diseño Geométrico
Ing. Roberto D. [email protected]
Ing. Arturo [email protected]
2 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Contenido
Conceptos básicos. Factores que influencian en diseño vial. Criterios generales de diseño. Perfil transversal Trazado altimétrico: curvas verticales. Trazado planimétrico: curvas horizontales/peraltes. Desagües y drenajes. Movimiento de suelos.
3 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Definiciones
El diseño geométrico de la carretera se refiere a los cálculos y análisis hechos por los ingenieros del transporte para ajustar la carretera a la topografía del lugar, satisfaciendo estándares de seguridad, de servicio y de funcionamiento.
Generalmente, tiene los siguientes objetivos:
1. Determinar la traza de la carretera propuesta.2. Incorporar características físicas al alineamiento del camino
para asegurar que los conductores tienen suficiente visión del camino (y de los obstáculos) hacia adelante de modo que puedan ajustar su velocidad de viaje para mantener seguridad y calidad de conducción.
3. Proporcionar una base para evaluar y planificar la construcción de la sección transversal de la carretera propuesta.
Fuente: The Handbook of Highway Engineering. CRC Press, 2006
4 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Definiciones
Diseño geométrico: se refiere al dimensionamiento de los elementos físicos de la infraestructura, diferenciándose de otros aspectos del diseño, como el estructural.Comprende 5 aspectos básicos:
sección transversal del camino; curvas horizontales (planimetría); curvas verticales (altimetría); peraltes; y desagües y drenajes.
Trazado: Definición - en planta y en elevación - de las coordenadas de la rasante del camino.
Rasante: Línea de eje del camino a la altura de la calzada.
5 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño Geométrico de Carreteras y Calles, AASHTO-1994. Traducción Autorizada EGIC-1997 TOMO I - Elementos
I. Funciones de las carreteras
II. Controles y criterios de diseño
III. Elementos de diseño
IV. Elementos de la sección transversal
TOMO II - Carreteras, calles y autopistasV. Caminos y calles locales
VI. Caminos y calles colectores
VII. Caminos y calles arteriales rurales y urbanos
VIII. Autopistas
TOMO III - Intersecciones y distribuidoresIX. Intersecciones a nivel
X. Separaciones de nivel y distribuidores
A Policy on Geometric Designof Highways and StreetsAmerican Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO)
THE 2001 GREEN BOOK
BibliografíaThe Green Book 2001
6 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Zona de Camino (expropiación)
AlambradoCarrilBanquina
Calzada
Talud
Contratalud
Cuneta
Rasante
Subrasante
Paquete estructural: pavimento (capa de rodamiento), base y subbase.
Alcantarilla
Elementos de la sección transversalde una obra vial
7 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialResumen
Funcionalidad de la vía: categoría (especial y de I a V) clasificación funcional velocidad de diseño.
Tránsito: volumen esperado de tránsito composición vehicular (clasificación) nivel de servicio que se va a suministrar.
Vehículo de diseño Características de manejo. Topografía / geotecnia / clima:
terreno llano, ondulado o montañoso. tipos de suelos y yacimientos de materiales naturales. ladera del sol en zonas de heladas.
Consideraciones de seguridad
8 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialResumen
Otros factores: Costos unitarios de insumos. Disponibilidad de recursos financieros. Consideraciones sociales:
aislamiento de barrios estética de diseño
Consideraciones ambientales: áreas sensibles medidas de mitigación
Estos factores son importantes, aunque en general se toman en consideración en las etapas preliminares de diseño.
9 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialFuncionalidad de la vía: movimientos
Jerarquías de movimientos: movimiento principal; transición; distribución; colección; acceso; y terminación.
Movimiento ininterrumpido, flujo de alta velocidad
Reducción de velocidad en las ramas
Arterias de velocidad moderada
Caminos colectores
Destino
10 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialFuncionalidad de la vía: relaciones funcionales
Clasificación s/área: Caminos rurales Caminos urbanos
Categorización de viajes Clasificación funcional
≠ Uso del suelo≠ Densidad población
≠ Patrones de viaje
11 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialClasificación funcional de caminos rurales
Zona rural Arterias principalesArterias principales
• AutopistasAutopistas• Otras arterias principalesOtras arterias principales
Arterias menoresArterias menores Colectoras ruralesColectoras rurales Caminos locales ruralesCaminos locales rurales
12 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialSistema funcional de vías urbanas
Zona urbana Arterias principales urbanasArterias principales urbanas
• AutopistasAutopistas• Avenidas, calles principalesAvenidas, calles principales
Arterias menoresArterias menores Calles colectorasCalles colectoras Calles localesCalles locales
13 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialFuncionalidad de la vía: funciones de las calles
SOCIAL
• Es la que desempeña la vía pública como ámbito de relaciones que ligan la vida de cada persona, vecino, ciudadano, con la de su comunidad, vecindario o ciudad.
AMBIENTAL O ECOLOGICA
• Es la que cumple la vía al proporcionar luz, aire y un medio ambiente propicio en torno a los edificios.
• Es la que cumple la vía en tanto sirve a los movimientos vehiculares, ya sea de una parte de la ciudad a otra, como desde o hacia el exterior de la misma.
TRÁNSITO O MOVILIDAD
ACCESO
• Se refiere a la utilización de la vía en el componente peatonal de un viaje vehicular, ya sea de personas o de bienes, tanto en los extremos de viaje como en los transbordos.
• También comprende el ingreso de los vehículos, o su salida, a o de edificios y predios, así como el estacionamiento en la adyacencia de éstos
14 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialFuncionalidad de la vía: acceso vs. movilidad
Tipos de víassegún el
control de acceso y la participación de tránsito pasante
ACCESOvs.
MOVILIDAD
15 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialTránsito: variables asociadas
Transito Medio Diario Anual (TMDA) Volumen Horario de Diseño (VHD) Nivel de Servicio de Diseño Distribución direccional (D) Porcentaje de camiones (%C)
16 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
n
VTMD
n
ii
1
365
365
1 i
iVTMDA
Transito Medio Diario Anual
Volumen Horario de Diseño
Factores que influencian el diseño vialTránsito: TMDA y VHD
19%
15%
12%
8-12% carreteras urbanas10-15% carreteras suburbanas 12-18% vías rurales
17 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialTránsito: Nivel de Servicio de Diseño
Llana u ondulada
Montañosa
Autopista B C CArteria B C C
Colectora C D DLocal D D D
Tipo de víaLocalización
urbana y suburbana
Localización rural
Nivel de Servicio de Diseño
18 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialCaracterísticas de diseño geométrico de caminos rurales
TMD Diseño
Control de Accesos
Nº de Trochas
Deseable [m]
Absoluto [m]
Llanura 130 8% 1.200 700
Ondulado 110 8% 800 500
Llanura 130 8% 1.200 700
Ondulado 110 8% 800 500
Montañosa 80 10% 550 220
Llanura 120 8% 900 600
Ondulado 100 8% 600 400
Montañosa 70 10% 250 160
Llanura 110 8% 800 500
Ondulado 90 10% 450 300
Montañosa 60 10% 180 120
Llanura 100 8% 600 400
Ondulado 70 10% 250 160
Montañosa 40 10% 80 50
Llanura 90 8% 520 300
Ondulado 50 10% 120 80
Montañosa 30 10% 40 25
Categoría del
Camino
Características Básicas Velocidad Directriz [km/ h]
TopografíaPeralte Máximo
[% ]
Radio mínimo
Especial
I
>15.000 Total >(2+2)
5.000 a 15.000
Total o parcial
2+2
I I
I I I
IV
V
1.500 a 5000
500 a 1.500
150 a 500
<150
Parcial
Parcial o sin control
Sin control
Sin control
2
2
2
2
19 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialTamaño y características de los vehículos
Clasificación de la AASHTO P AutomóvilSU Camión livianoBUS AutobúsA-BUS Autobús articuladoWB-12 Semirremolque intermedio 1-1-2WB-15 Semirremolque grande 1-2-2WB-18 Semirremolque-Remolque completo Doble fondoWB-19 Semirremolque interestatal 1-2-2WB-20 Semirremolque interestatal 1-2-2WB-29 Semirremolque triple 1-1-1-1-1-1-1WB-35 Semirremolque doble Turnpyke 1-2-2-2-2MH Casa rodanteP/T Coche y remolque caravanaP/B Coche y remolque boteMH/B Casa rodante y remolque bote
20 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialTamaño y características de los vehículos
21 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialTamaño y características de los vehículos - DNV
SEMIRREMOLQUE
SIN ACOPLADO
CON ACOPLADO
11
12
11-11
11-12
12-11
12-12
111
112
113
122
123
LIVIANOS
OMNIBUS
22 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialTamaño y características de los vehículos
23 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialConsideraciones ambientales: impactos del transporte
ENERGIA
USO DE RECURSOScausas:
infraestructura / vehículos PAISAJE
ESPACIO URBANO
ACCIDENTES
RUIDO
CONTAMINACION AIRECONTAMINACION
VIBRACIONES
SEPARACION
INTIMIDACION, DEMORAS PEATONALES
INTRUSION VISUAL
EMISIONES ELECTROMAGNETICAS
DETERIORO DELMEDIO SOCIAL Y
FISICO
causas:infraestructura /
vehículos
“PLANNING BLIGHT”
24 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
CAMBIOS EN LA ACCESIBILIDAD
ESPACIAL
Factores que influencian el diseño vialConsideraciones ambientales: impacto ambiental
VIA USO DEL SUELO VIACAMBIOS EN LA ACCESIBILIDAD
ESPACIAL
Representación Esquemática
INTRUSION VISUAL - SEPARACION
INTRUSION VISUAL - SEPARACION
RUIDO - POLUCION DEL AIRE - VIBRACIONES
RUIDO - POLUCION DEL AIRE - VIBRACIONES
25 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialConsideraciones ambientales: mitigación
Mitigación: atenuación del impacto mediante acciones intramodales; intermodales; y planeamiento integral uso del suelo y transporte. Mitigación intramodal:
Tecnología vehículos y sistemas de control Operación
• utilización de la capacidad• modalidad de operación
Infraestructura • emplazamiento• protección
Normas
Mitigación intermodal: Partición modal de los viajes
Planeamiento integral uso del suelo y transporte: Zonificación Disminución de necesidades de transporte
26 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialConsideraciones ambientales: trade-offs mitigación
Interacción entre distintos tipos de impactos Enfoque sistémico Evaluación integral
Ejemplos: seguridad vs. consumo consumo energético vs. ruido emisiones (velocidad, congestión) vs. seguridad, ruido consumo energético (aditivos) vs. Contaminación
LEY DE BUCHANAN
accesibilidad
costoambiente
Estudio analítico de los impactos: Unidad de medida Criterio de evaluación Correlación causa/efecto Estándar ambiental Capacidad ambiental
27 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialConsideraciones ambientales: estudio analítico de
impactos
Unidad de Medida
Correlación entre el nivel del efecto y el impacto (molestia o daño que causa).
Se emplea la unidad de medida adoptada para cada efecto.
Unidad o indicador utilizado para cuantificar el fenómeno.
Indicador: Una clase, grupo o conjunto de fenómenos potencialmente observables que representa un definición conceptual con el propósito de
medir una variable.
Correlación entre la magnitud del tránsito y el nivel de efecto o impacto.
Se emplea el criterio de evaluación adoptado.Modelos de simulación. Permite predecir y evaluar .
Máximo nivel de impacto aceptable.
Se establece para cada tipo de impacto, en general mediante normas o recomendaciones.
Número máximo de vehículos que pueden circular por una vía en un lapso determinado, sin que se supere el estándar ambiental correspondiente a un
dado tipo de impacto.
Criterio de evaluación
Correlación causa /efecto
Estándar ambiental
Capacidad ambiental
28 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Genera el mismo ruido que:
Genera el doble de ruido que:
Volumen
2000 veh/hora
200 veh/hora
Genera el doble de ruido que:
Velocidad media
110 km/hora
50 km/hora
Composición
1 camión a 90 km/h
28 autos a 90 km/h
Factores que influencian el diseño vialConsideraciones ambientales: ruido
CausasEstudios empíricos permiten correlacionar: características de la vía (ancho, pendiente) características del tránsito (volumen, composición, velocidad) distancia entre la fuente y el receptor.
Características del tránsito (ejemplos):
29 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialConsideraciones ambientales: ruido
Características geométricas y de diseño:La intensidad sonora disminuye con el cuadrado de la distancia (si la fuente es puntual) o con la distancia (si la fuente es lineal).
Reduce el ruido a la mitad (10 dBA)
Vegetación
30 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialConsideraciones ambientales: ruido
Efectos de deprimir la carretera
31 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialConsideraciones ambientales: ruido
Efectos de elevar la carretera
32 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Factores que influencian el diseño vialSeguridad vial: La matriz de Haddon
ANTES DEL CHOQUE
CHOQUE
DESPUES DEL CHOQUE
FACTORHUMANO VEHÍCULO AMBIENTAL
FASE
Diseño geométrico
33 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Es la máxima velocidad a la cual un conductor de habilidad media manejando con razonable atención puede circular con entera seguridad.
Es la máxima velocidad segura que puede mantenerse sobre una sección específica de camino cuando las condiciones son tan favorables que las características de diseño de la carretera gobiernan (AASHTO '94).
Una velocidad seleccionada, usada para determinar las varias características de diseño geométrico de la plataforma. (AASHTO '01)
Rige el diseño de todos los elementos del camino: una vez seleccionada, todas las características pertinentes de la carretera deberían relacionarse a la velocidad directriz para obtener un diseño equilibrado.
Velocidad de diseñoVelocidad directriz (VD)
34 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Velocidad de operación: es la más alta velocidad general a la cual un conductor puede viajar sobre una carretera dada bajo condiciones de tiempo favorables y bajo condiciones prevalecientes de tránsito, sin superar en ningún momento la velocidad segura según está determinada por la velocidad directriz sobre una base de sección-por-sección. (AASHTO '94)
La velocidad a la cual se observa que los conductores operan sus vehículos durante condiciones de flujo libre. (AASHTO '01)
Velocidad de marcha: es la velocidad de un vehículo sobre una sección de carretera; es la distancia recorrida dividida por el tiempo de marcha (el tiempo que el vehículo está en movimiento).
Velocidad de diseñoVelocidad de Operación y Velocidad de Marcha
35 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Velocidad de diseñoVelocidad directriz (VD)
No debería suponerse una VD baja donde la topografía es tal que probablemente los conductores viajen a altas velocidades.
Los conductores no ajustan sus velocidades a la importancia de la carretera, sino a su percepción de las limitaciones físicas, y por consiguiente, el tránsito.
La VD seleccionada debería ajustarse a los deseos y hábitos de viaje de casi todos los conductores.
36 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Cota
s (
m)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
1
2
3
4
56 7
8 9
10
1112 13 14
15
17
15
Progresivas (km)Progresivas (km)
Progresivas (km)Progresivas (km)
Trazado de un caminoConcepto General
Trazado: Definición - en planta y en elevación - de las coordenadas de la rasante del camino.
PLANIMETRÍA
ALTIMETRÍA (desarrollada)
EH = 1:5000EV = 1:100
37 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Trazado de un caminoPlano Tipo
38 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Trazado planimétricoPrincipios
Disponer la mayor cantidad posible de rectas. No disponer tramos rectos de más de 10 km de
longitud, interponiendo curvas amplias (mantenimiento de la atención del conductor).
Evitar trazados contiguos a vías férreas (accesibilidad + empalmes).
Atravesar cursos de agua en puntos estables del cauce y preferentemente en forma normal a los mismos.
Cruzar vías férreas preferentemente a distinto nivel o a nivel en forma normal (nunca inferior a los 60°).
Distancia de visibilidad ≥ distancia de detención en todo el camino.
Zonas de sobrepaso permitido a no más de 2 minutos de distancia a la Vd.
39 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Trazado altimétricoCruces
Cruce de caminos a distinto nivel o p/debajo vía férrea: Altura Libre de Paso (ALP) = 4,80m Altura de la estructura (AE) = 1,40m H = 6,20m
Cruce de camino sobre vía férrea: Trocha ancha (1,676m) ALP = 5,20m H = 6,60m Trocha media (1,435m) ALP = 5,10m H = 6,50m Trocha angosta (1,000m) ALP = 4,40m H = 5,80m
Revancha de la estructura sobre cursos de agua: Curso permanente = 1,00m Alcantarillas = 0,40m
Altura de rasante sobre aguas libres: Aguas subterráneas = 1,80 m Zonas inundables = 1,00 m
40 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Sección transversal de una obra vialPerfiles viales: calzadas indivisas
41 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Sección transversal de una obra vialPerfiles viales: calzadas divididas
Deseable
Intermedio
Con restricciones
Secciones de plataforma para carreteras divididas
9 3 73 12
6 3 73 76 Cada pavimento inclinado en dos
sentidos
Cada pavimento inclinado en un sentido
42 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Sección transversal de una obra vialPerfiles viales: Barreras centrales y laterales
Barreras Centrales Típicas Barreras Laterales Típicas
43 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Intersecciones vialesTipos de intersección
Intersección:área donde dos o más caminos se unen o se cruzan
A NIVEL: No canalizadas Canalizadas Rotatorias
“T” (o en 3 direcciones) 4 direcciones Múltiples direcciones
A DISTINTO NIVEL: Niveles separados sin ramas Niveles separados con ramas
• Distribuidores / intercambiadores • Intersección de tres o más niveles
44 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Intersecciones vialesZonas de conflicto
Las Zonas de Conflicto son una indicación de posibilidad de accidentes en las intersecciones
Tipos de Conflictos: Maniobras de Convergencia
Vehículos desde sentidos opuestosconvergen en un punto
Maniobras de DivergenciaVehículos que viajan desde giros delmismo sentido en sentidos diferentes
Maniobras de CruceVehículos desde sentidos opuestos chocan
Dependen de: Número de accesos Movimientos de giro Tipo de control de tránsito
45 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Intersecciones vialesZonas de conflicto
Fuente: Traffic Safety Fundamentals Handbook, Mn DOT
46 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Intersecciones vialesIntersecciones a nivel: simples no canalizadas
“T” simple
c/carril de adelantamiento
c/carril de giro
c/carril de giro y de adelantamiento
47 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Intersecciones vialesIntersecciones a nivel: simples canalizadas
“T” canalizada con plataforma de giro
c/isleta divisoria y carril de adelantamiento
c/un par de plataformas de giro
c/isletas divisorias y plataformas de giro
48 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Intersecciones vialesIntersecciones a nivel: elementos
Isletas divisorias
Carril de giro a la derecha
Carril de adelantamiento
Plataformas de giro
49 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Intersecciones vialesIntersecciones a distinto nivel
50 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Intersecciones vialesIntersecciones a distinto nivel
51 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño geométricoDistancia de detención
Distancia de detención: es la distancia que recorre un conductor de habilidad media, circulando con la velocidad de diseño, desde que observa un obstáculo hasta que se detiene.
El tiempo de detención se divide en:
Tiempo de percepción y reacción (tP): es el tiempo que transcurre desde que se observa el obstáculo hasta que se acciona el freno.
Tiempo de frenado (tF): es el tiempo que transcurre desde que se accionan los frenos hasta que se detiene el vehículo.
52 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño geométricoDistancia de detención
0sencos
WfWa
g
WCondición de equilibrio estático
Distancia de frenado
cosxDF
[2]
[3]
Sustituyendo [3] en [1], resulta:
cos2
20
2
FD
vva
FUERZAS ACTUANTES (rampa)
Y luego sustituyendo en [2], y dividiendo por W cos:
ifg
vvDF
2
220
senW
cosW
W
ma
cosWN
cosfWfNF
a
vvxx
2
20
2
0
[1]
53 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño geométricoDistancia de detención
0sencos
WfWa
g
WCondición de equilibrio estático
Distancia de frenado
cosxDF
[2’]
[3]
Sustituyendo [3] en [1], resulta:
cos2
20
2
FD
vva
FUERZAS ACTUANTES (pendiente)
Y luego sustituyendo en [2’], y dividiendo por W cos:
ifg
vvDF
2
220
senW
cosW
W
ma
cosWN
cosfWfNF
a
vvxx
2
20
2
0
[1]
54 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño geométricoDistancia de detención
Distancia de frenado:
Donde:VD Velocidad de diseño [km/h]
fL Coeficiente de fricción longitudinal
i Pendiente (tan )
Distancia de percepción:
Donde:tP Tiempo de percepción [seg] = 2,5”
VD Velocidad de diseño [km/h]
Distancia de detención:
if
VD
l
DF
254
2 VD (km/h)
6080
100120140160
fl
0,350,320,290,270,260,25
if
VtVDDD
l
DPDFPD
2546,3
. 2
6,3
. DPP
VtD
55 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño geométricoDistancia de detención (AASTHO 01)
Distancia de frenado:
Donde:VD Velocidad de diseño [km/h]
a Desaceleración = 3,4m/s2
i Pendiente (tan )
Distancia de percepción:Donde:tP Tiempo de percepción [seg] = 2,5”
VD Velocidad de diseño [km/h]
Distancia de detención:
a
VD D
F
2039,0
DPP VtD ..278,0
i
a
VD D
F
81,9254
2
i
a
VtVD DPDD
81,9254
..278.02
56 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño geométricoDistancia de sobrepaso
Distancia de sobrepaso:Distancia que necesita un vehículo para sobrepasar a otro que marcha en igual sentido en el mismo carril sin peligro de interferir con un tercer vehículo que se hace visible al iniciar la maniobra y que circula en sentido contrario por el carril que se utiliza para el sobrepaso.
57 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño geométricoDistancia de sobrepaso
Ejemplo: VD = 120km/hDS = 840m
DS VD 7
58 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño geométricoDistancia de decisión
Distancia de visibilidad de decisión:Distancia requerida por un conductor para detectar información inesperada o peligro, reconocer el peligro o la amenaza, seleccionar una velocidad y una trayectoria adecuadas, e iniciar y completar segura y eficientemente la maniobra requerida.Ejemplo: VD = 120km/h A 305m Parada en camino rural B 505m Parada en camino urbano C 375m Cambio Vel./Tray./Dir. camino rural D 415m Cambio Vel./Tray./Dir. camino suburbano E 470m Cambio Vel./Tray./Dir. camino urbano
59 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño geométricoDistancias de detención, sobrepaso y decisión
Ejemplo para VD = 120km/h
Distancia de detención Distancia reacción: 84 m Distancia frenado horizontal: 202 m Distancia visibilidad de detención: 286 mc/pendiente 6% en bajada Distancia visibilidad de detención: 341 m
Distancia de visibilidad de decisión: A-Parada en camino rural 305 m B-Parada en camino urbano 505 m
Distancia de sobrepaso Vel. supuesta veh. adelantado 91km/h Vel. supuesta veh. que se adelanta 106km/h Distancia visibilidad de adelantamiento mínima 792 m
60 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño altimétricoCurvas verticales
Objeto: Vincular verticalmente dos rasantes - al menos una de ellas no horizontal - que forman por lo tanto un cierto ángulo entre sí.
Los tramos rectos - de distintas pendientes longitudinales - se empalman mediante una parábola contenida en el plano vertical.
61 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Convexas
Cóncavas
Diseño altimétricoCurvas verticales: tipos
62 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño altimétricoCurvas verticales: longitud mínima
Los factores a considerar para el cálculo de la longitud mínima (L) de la curva vertical son:
SeguridadVisión de un obstáculo con anticipación suficiente para detener el vehículo.
ComodidadLimitación de la aceleración radial (0,3m/s2).
EstéticaRasante sin quiebres.
63 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Según la DNV
H1 = 1,10 m (altura del ojo del automovilista)
H1’ = 0,65 m (altura del faro)
H2 = 0,20 m (altura del objeto)
Diseño altimétricoCurvas verticales: longitud mínima
Longitud Mínima (L) por seguridad: El conductor debe ver un obstáculo imprevisto con la debida anticipación, de modo que pueda detener su vehículo, circulando a la velocidad de diseño, antes de alcanzarlo.
Sentado en un automóvil, debe ver un objeto de altura H2 sobre el pavimento a una distancia mayor o igual a la distancia de detención.
64 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Elementos de la Curva VerticalElementos de la Curva Vertical
L Longitud de curva verticalPC Principio de curvaFC Fin de curvai1 ,i2 pendientesPIV Punto de intersección verticalE Externa
PIV
PC
FC
i1
i2
Ecuación de la parábola:
Externa:
Lii
E
800
12
Diseño altimétricoCurvas verticales: elementos
xi
xL
iiy
1002001212
65 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño altimétricoCurvas verticales
Curvas Convexas:
Δi=i1- i2 > 0
S < L
S > L
221
2
200 hh
SAL
221
2
200 hh
DL Di
A
hhSL
2
212002
i
D
hhDL
2
212002
66 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Se adopta la longitud mayor de los 3 casos
Diseño altimétricoCurvas verticales
Curvas Convexas:
Δi=i1- i2 > 0
Por seguridad:
Por comodidad:
Por estética:
iDL D ..0032,0 2
iVL D ..0025,0 2
DVL .7,0Nota: Δi en [%] / DD y L en [m] / VD en [km/h]
iDDL
0032,0
2
DD < L
DD > L
67 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
PC FC
L
L/2
Δi
Diseño altimétricoCurvas verticales
Curvas Cóncavas:
Δi=i1- i2 < 0
S < L
S > L
tan200
2
Sh
SAL
A
ShSL
tan2002
tan200
2
D
Di
Dh
DL
i
DD
DhDL
tan200
2
68 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
PC FC
L
L/2
Δi
D
D
D
iDL
5,3130
.2
Diseño altimétricoCurvas verticales
Curvas Cóncavas:
Δi=i1- i2 < 0
Por seguridad:
Por comodidad:
Por estética:
iVL D ..0025,0 2
DVL .7,0
i
DDL D
D
5,3130
2Se adopta la longitud mayor de los 3 casos
Nota: Δi en [%] / DD y L en [m] / VD en [km/h]
DD < L
DD > L
69 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño altimétricoSíntesis de los pasos
1. Cálculo diferencia de pendientes i = |i2–i1|
2. Cálculo de la Distancia de Detención (DD) en función de Vd.
3. Cálculo de la longitud de curva más crítica (más larga).
4. Cálculo de la externa.5. Replanteo.
70 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño planimétricoCurvas horizontales
Objeto:Vincular en planta dos alineamientos de rasantes que forman un cierto ángulo horizontal entre sí permitiendo desarrollar progresivamente las fuerzas centrífugas y desarrollar el peralte para compensarlas parcialmente.
Compuestas por una curva circular y dos curvas de transición (espirales) a la entrada y salida.
71 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
R
Vfp DT *127
2
Valores máximos peralte p=tg • 10% en zonas montañosas10% en zonas montañosas• 8% en zonas llanas8% en zonas llanas• 6% en áreas urbanas6% en áreas urbanas
VD en km/h
R en metrosfT = coeficiente de fricción transversal
fT = f (VD ) ≈ 0,13 (100 km/h).
Diseño planimétricoCurvas horizontales: peralte
Peralte: Inclinación de la calzada hacia el borde interno de la curva que sirve para atenuar o compensar parcialmente la acción de la fuerza centrífuga que tiende a producir el deslizamiento o vuelco del vehículo.
72 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
PI Punto intersección tangentes principalesTE Punto común de la tangente y la espiralEC Punto común de la espiral y la circularCE Punto común de la circular y la espiralET Punto común de la espiral y la tangente
c
ee R
L*2
360***2 c
cc RL
ec *2 ect LLL *2
Diseño planimétricoCurvas horizontales: elementos
Rc Radio curva circularLe Longitud de la curva espiralLc Longitud de la curva circular
entre EC y CETe Segmento de tangente principal
entre TE y PIE ExternaΔ Ángulo entre tangentes principalesΔc Ángulo tangentes en EC y CEΘe Ángulo tangentes extremas espiralK y P Coordenadas de Pc con respecto a TE
73 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño planimétricoCurvas horizontales
Radio mínimo de curva circular (Rc): Caminos rurales primarios : entre 250 y 350 m (excepcionalmente en zonas montañosas se pueden encontrar radios de 175 m) Colectoras : 107 m Caminos residenciales: 34 m
Curva de transición: Se diseña de tal manera que sea constante la variación de la aceleración centrífuga al pasar del tramo recto al curvo (evita el deslizamiento transversal o vuelco y la incomodidad de la variación brusca).
C
De R
VL
*28
3
Donde:
VD = velocidad de diseño (km/h)
Rc = radio de la curva circular (m)
74 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Máxima pendiente de la rampa al peralte (%) = 40 / Vd, para una dada longitud de la curva de transición.
Diseño planimétricoCurvas horizontales: transición del peralte
Alrededor del eje del camino Alrededor del borde interno
Forma de llegar a la curva circular con el máximo peralte.
75 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño planimétricoSíntesis de los pasos
1. Cálculo del radio de la curva horizontal, para:1.1 Desgaste mínimo (fT=0)
1.2 Radio mínimo
2. Cálculo de la longitud espiral (Le)3. Verificación de la condición de pendiente
longitudinal máxima iL<iMAX=40/VD
4. Cálculo de los ángulos4.1 De las tangentes extremas de la curva espiral4.2 De las tangentes extremas de la curva circular
5. Cálculo de las longitudes (espiral, circular, total)6. Replanteo de la curva horizontal
76 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño planimétricoCurvas horizontales: replanteo
eC LX
KPRTe
2
tan
eTPITE PrPr
3/* eeC LY
12/* eeLP
2/eLK
Segmento de tangente principal entre TE y PI
RPREe
2
sec
Externa de la curva total
Progresivas
eLTEEC PrPr
eLETCE PrPr
tLTEET PrPr
77 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)
Diseño planimétricoCurvas horizontales: verificación pendiente longitudinal
Giro alrededor del eje
DMAXL
eL V
iL
api
40.,
Giro alrededor del borde interno
Le
p.a
DMAXL
eL V
iL
fapi
40..2,
2.p.a
Le
f
En ambos casos, si con la Le calculada (s/ficha 72) no verifica, se debe adoptar una Le mayor, y recalcular e. También habrá que verificar que 2 e < .
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