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INGENIERA DE CARRETERAS 1CAPTULO 2

DISEO GEOMTRICO DE CARRETERAS

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERA

CARRERA DE INGENIERA CIVIL

Profesor: Fernando Jos Campos De la Cruz

Ingeniero Civil - Arquitecto

CAMINA.PE 161

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DISEO GEOMTRICO DEL CAMINO

Alineamiento Horizontal

Alineamiento Vertical

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El diseo geomtrico est regido por la velocidad directriz que se define como:la mxima velocidad que se podr mantener con seguridad sobre unaseccin determinada de la carretera, cuando las circunstancias sean

favorable para que prevalezcan las condiciones de diseo.

La velocidaddirectriz se determina mediante la demanda de trfico, el tipo de terreno y laclase de va.

VELOCIDAD

DIRECTRIZAlineamiento vertical

Secciones transversales

Alineamiento horizontal

Tipo de va Orografa Demanda

DISEO GEOMTRICO DEL CAMINO

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Estimacin de la demanda

El objetivo del estudio de la circulacin es deducir las relaciones existentesentre sus caractersticas (cantidad de vehculos que circulan por unidad detiempo y velocidad).

La acertada prediccin del volumen de demanda, composicin,

distribucin

y

la

evolucin

que

esta

variable

puede

experimentar

a

lolargo de la vida til de diseo es

indispensable para seleccionar

lacategora

de

la

va

.

La estimacin de la demanda juega un papel importante en la estimacin dela velocidad de diseo de la carretera. Las condiciones de seguridad yconfort dependern de la apropiada estimacin de lademanda.

Fuente: Cal y Mayor, 2000

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Es el nmero de vehculos que pasan por un

punto o seccin transversal, de un carril o deuna calzada durante un perodo de tiempodeterminado

Caractersticas

Espaciales

Ocupan un lugar

Temporales

Consumen tiempo Varan constantemente

Fuente: rea transporte-PUCP


Volumen de trnsito

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Q = N/T

Q: volumen de trnsitoN: nmero de vehculos que pasanT: perodo determinado (tiempo)

De acuerdo al valor que tome T, los volmenes pueden ser:

Trnsito anual (TA) T = 1 ao Trnsito mensual (TM) T = 1 mes Trnsito semanal (TS) T = 1 semana Trnsito diario (TD) T = 1da Transito horario (TH) T = 1 hora Tasa de flujo o flujo (q), T < 1 hora

Volmenes de trnsitoabsolutos

Nota: no es necesario orden cronolgico

Volumen de trnsito


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Es el nmero to tal de vehculos que pasan du ran te un perodo dado

(en das completos ) igual o menor a un ao y mayor que un da.

Dependiendo del perodo de recoleccin de datos puede ser:

Trns ito p romedio di ario anual(TPDA) o IMDA

Trnsito promedio diario mensual (TPDM)

Trnsito promedio diario Semanal (TPDS)

TPDA = TA/365

TPDM = TM/30

TPDS = TS/7

Trnsito promedio diario


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Volumen horario mximo anual (VHMA)

Mximo volumen h orar io que ocurre en un punto o s eccin de carr il , o

calzada duran te un ao determ inado . Es la hor a de mayor vo lum en delas 8760 ho ras del ao

Volumen horario de mxima demanda (VHMD)

Es el mx imo nmero d e v ehcu lo s q ue pas an por u n pun to o s ec cin

de un carr i l d u ran te 60 m inu to s c onsec ut iv os

Volumen horario de proyecto (VHD)

Es el v olumen de trnsito h orar io q ue serv irpara d eterm in ar las

caract ersti cas geomtric as de las vas.


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TPDA

El valor del TPDA es un valor medio, que es usado en el anlisis del trficoque circula. Pero es un valor medio que no representa muchas veces las

fluctuaciones del trfico en el da, siendo superado muchas veces.

En caminos donde el trnsito es importante y presenta muchas variaciones,no es el TPDA el que determina las caractersticas que deben otorgarse al

proyecto para prevenir problemas de congestin y ofrecer al usuariocondiciones de servicio aceptables. En estos casos se usa el Volumenhorario de diseo.

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VELOCIDAD

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Velocidad

Los vehculos viajan adiferente velocidad ygeneralmente no mantienenuna velocidad constante.

Existen diferentes velocidades definidas, de acuerdo a la finalidad que sepersiga (operacin del transporte pblico, modelos tericos de flujo vehicular,etc). Tenemos: veloc. Instantnea, de recorrido, de marcha, espacial etc.

60 km/h

75 km/h

80 km/h

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Velocidad de recorrido

Es el resultado de dividir la distancia recorrida entre el tiempo total de viaje.

Es la velocidad de un vehculo a su paso por un determinado punto de unacarretera o calle.

Fuente: I.Cabrera

Velocidad instantnea

Fuente: Tyssatransito

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Velocidad media de recorrido

Para un grupo de vehculos es la suma de sus distancias recorridas divididaentre la suma de los tiempos totales de viaje.

Velocidad de marchaConocida como velocidad de crucero; es resultado de dividir la distanciarecorrida entre el tiempo durante el cual el vehculo estuvo en movimiento. Esmayor a la velocidad de recorrido.

Velocidad media de marchaSe define como la razn entre la distancia total recorrida entre el tiempo total demarcha de los vehculos

Cuando no se disponga de un estudio de velocidad de marcha, se tomarn comovalores tericos los comprendidos entre el 85% y 95% de la velocidad de diseo.

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Diferencia entre Velocidad de Recorrido y Velocidad de Marcha:

La Velocidad de Recorrido toma todas aquellas demoras operacionales porreducciones de velocidad y paradas en la vas, el trnsito y los dispositivos decontrol, ajenos a la voluntad del conductor; y la Velocidad de Marcha descontar

del tiempo total de recorrido, todo aquel tiempo que el vehculo se hubiesedetenido, por cualquier causa.. Por lo tanto esta velocidad ser de valor superiora la de recorrido.

Km/h

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Velocidad de proyecto, diseo o velocidad directriz

Es la mxima veloc idad a la cual pueden c ircu lar los vehcu los con

segu ridad sobre una va cuand o las cond ic ion es atm osfricas y del

trns it o son favor ab les y l as car ac ters ti cas geomt ri cas del p royec to

gob iernan la c i rcu lac in .

categora de la va volmenes de trnsito topografa disponibilidad de recursos

Depende de:

Los cambios repentinos en la velocidad de diseo a lo largo de una carreteradebern ser evitados. Si se consideran cambios de velocidad stos deberndarse en tramos de longitud mnima de 2 km y entre tramos sucesivos no sedeben presentar diferencias en las velocidades de diseo superiores a los 20km/h.

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El alineamiento horizontal est formado por la sucesin de tramos rectos(tangentes) y tramos curvos. Los tramos curvos pueden ser curvas simples ocurvas compuestas, las cuales pueden ser unidas a los tramos tangentes

mediante curvas de transicin (clotoides).

tangenteCurva circular

Curva circular

Fuente: Jos Cspedes

DISEO GEOMETRICO DEL CAMINO

ALINEAMIENTO HORIZONTAL

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Fuente: AASHTO

TangenteCurva de transicinCurva circular

Componentes

Fuente: Quintana y Altez

Fuente: AASHTO



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Las longitudes mnimas y mximas de los tramos en tangente depender de la

velocidad directriz y del tipo de alineacin entre curvas y tangentes.

TRAMOS EN TANGENTE



CAPTULO 2


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TRAMOS EN TANGENTE

Se busca eliminar problemas relacionados con el cansancio, deslumbramiento yexceso de velocidad

Alineacin recta entre alineaciones curvas con

radios de curvatura de sentido contrario

Lmin.s (m) = 1.39 Vd

Alineacin recta entre alineaciones curvascon radios de curvatura del mismo sentido

Lmin o (m) = 2.78 Vd

Longitud mxima

Lmx (m) = 16.7 VdVd en km/h


CAPTULO 2


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DISEO GEOMETRICO DEL CAMINOALINEAMIENTO HORIZONTAL

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DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDADDISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA

Es la distancia mnima requerida para que se detenga un vehculo que viaja avelocidad de diseo, antes de que alcance un objetivo inmvil que se encuentraen su trayectoria.

dpr= distancia recorrida durante el tiempo de percepcin-reaccin

df = distancia recorrida durante el tiempo de frenadoDp = distancia de parada = dpr+ df

> 0.15 m

1.15 m

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DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD

DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA

Distancia de percepcin reaccin (dpr)

Depende de:

La reaccin natural del conductor (edad, habilidad) Visibilidad (clima). Caractersticas del objeto estacionario.

Dependiendo de la situacin y de las caractersticas del conductor, el tiempode percepcin-reaccin vara entre 0.5 y 4.0 segundos.

La distancia de visibilidad de parada es la suma de las distancias recorridasdurante los tiempos de percepcin-reaccin y frenado.

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Distancia de percepcin reaccin (dpr)

La AASHTO recomienda un tiempo promedio de 2.5 segundos, y se consideraque la velocidad del vehculo (V0) se mantiene constante durante este tiempo.

dpr= V0(tpr)

dpr: distancia perecepcin-reaccin (m)V0: velocidad de diseo (Km/h)tpr: tiempo percepcin-reaccin (seg)3,6

tVd

pr0

pr

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Distancia de frenado (df)

Depende de: friccin entre el pavimento y las llantas, peso del vehculo, nmerode ejes y tipo de pavimento.

CAPTULO 2


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CAPTULO 2 INGENIERA DE

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Sin tomar en cuenta las resistencias al rodamiento, al aire y del motor se tiene

que:

Donde: V0

= velocidad al momento de aplicar los frenos

t = tiempo en recorrer la distancia dfa = tasa de deceleracin

Tambin en movimiento uniformemente decelerado y cuando el vehculo sedetiene se sabe:

Vf=V0-at V0 = at t = V0/a



2

attVd

2

0f

CAPTULO 2


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Tambin se sabe que sobre el vehculo acta una fuerza F=ma que debe sercontrarrestada por otra igual a fin de detener el vehculo, denominada fuerza defriccin longitudinal FL=fW

F=FL => ma = fW = fmg

=> a = fg

f: coeficiente de friccin longitudinal

FL

F

W=mg

N

2a

V

2

a

Va

a

VVd

2

0

2

0

0

0f

Reemplazando t se obtiene:

CAPTULO 2


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Reemplazando en la distancia de frenado, tenemos:

El coeficiente de friccin longitudinal f, depende de:

Superficie de rodadura Rigidez de las llantas Deformacin de las llantas Presin y temperatura de las llantas

2fg

Vd

2

0f

V0: (km/h)df: (m)254f

Vd

2

0

f

CAPTULO 2


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Finalmente:

f no es constante. Los estudios realizados se hicieron sobre pavimento hmedoy a diferentes velocidades iniciales.

Por ejemplo, en la siguiente tabla podemos ver como el coeficiente de friccinlongitudinal disminuye conforme aumenta la velocidad.

254f

V

3,6

tVDp

2

0pr0

Dp: Distancia de parada (m)V: Velocidad de diseo (km/h)tpr: tiempo de percepcin-reaccin (seg)f: coeficiente de friccin, pavimento hmedo

CAPTULO 2


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DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDADDISTANCIAS DE PARADA EN PAVIMENTO HUMEDO Y A NIVEL

(AASHTO)

La tabla muestra los coeficientes de friccin longitudinal relacionados a cada velocidad de

diseo.

CAPTULO 2


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EFECTO DE LA PENDIENTE EN LA DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA

a)

+ i%

- i%

b)

- El vehculo se considera viaja con V0 < Vd- Las distancias de parada son ms cortas

- El vehculo se considera viaja con V0 Vd- Las distancias de parada son ms largas

i)254(f

V

3,6

tVDp

2

0pr0

Dp: Distancia de parada (m)V: Velocidad de diseo (km/h)tpr: tiempo de percepcin-reaccin (seg)

f: coeficiente de friccin, pavimento hmedoi: pendiente longitudinal en decimal

CAPTULO 2


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CAPTULO 2


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Es la distancia mnima necesaria para que un vehculo pueda adelantar a otrosin tener problemas con un tercer vehculo que viaja en sentido contrario.

Se analiza considerando una calzada compuesta por dos carriles uno paracada sentido de circulacin. El anlisis se realiza en 2 fases que incluyen las distancias d1, d2, d3 y d4.

DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASODISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD

d1 d2 d3 d4

1

1 1

3 3

2

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d1 1/3 d2

d1

2/3 d2

d2 d3 d4

FASE 1

FASE 2


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d1: Es la distancia recorrida durante el tiempo de percepcin reaccin y laaceleracin inicial para alcanzar el punto de cambio de carril.


d1

1

1 2

Se ha estimado que el tiempo necesario para conseguir esta distancia vara de3.7 a 4.3s y que la aceleracin vara de 2.27 a 2.37 m/s2

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Donde:

t: tiempo de la maniobra inicial (s)a: aceleracin promedio (km/h/s)v: Velocidad promedio del vehculo (km/h)m: diferencia de velocidad entre el vehculo que sobrepasa y el adelantado

La expresin que permite calcular la distancia d1 es:

DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO


)2

atm0,278t(vd1

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d2: distancia recorrida por el vehculo que sobrepasa mientras ocupa el carrilizquierdo.


d1 1/3 d2

d1

2/3 d2

d2 d3 d4

FASE 1

FASE 2

CAPTULO 2


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Se ha encontrado que el tiempo promedio que un vehculo ocupa el carrilizquierdo vara de 9.3 a 10.4 s.

El vehculo que adelanta tiene en promedio una velocidad de 15 km/ h mayor ala del vehculo sobrepasado

La expresin que permite calcular la distancia d2 es:

Donde:

t: tiempo que el vehculo ocupa carril izquierdo (s)v: velocidad promedio del vehculo (km/h)


0,278vtd2

CAPTULO 2


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d3: distancia entre el vehculo que sobrepasa al final de su maniobra y el vehculoque viaja en sentido contrario.

Se ha encontrado (AASHTO) que la distancia d3 vara de 30 a 90 m segn lavelocidad


2/3 d2

d3 d4

FASE 2

90md330m

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d4: Distancia recorrida por el vehculo que viaja en sentido contrario

Se asume que el vehculo que adelanta y el que viaja en sentido contrariotienen la misma velocidad.


2/3 d2

d3 d4

FASE 2

d23

2d4

CAPTULO 2


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- Se necesitara mayor distancia para sobrepasar

- La aceleracin sera menor.- Se necesitaran mayores tiempos.- El vehculo en el carril contrario podra tener mayor

velocidad.- Los vehculos sobrepasados usualmente son

camiones.

- La distancia necesaria para adelantar sera ms corta.- La velocidad y aceleracin podran ser mayores.- El tiempo para sobrepasar seria menor.- El vehiculo sobrepasado tambin podra acelerar.

EFECTO DE LA PENDIENTE EN LA DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO

+ i%

- i%

a)

b)


CAPTULO 2


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Cuando no existen impedimentos impuestos por el terreno y que se reflejan porlo tanto en el costo de construccin, la visibilidad de paso debe asegurarse parael mayor desarrollo posible del proyecto.

Los sectores con visibilidad adecuada para adelantar debern distribuirse lo mshomogneamente posible a lo largo del trazado

Se deber evitar que se tengan sectores sin visibilidad de adelantamiento enlongitudes superiores a las de la Tabla 205.01, segn la categora de lacarretera.

Consideraciones:


DISEO GEOMTRICO DE CARRETERAS CARRETERAS 1


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44/46




7/25/2019 IC 03

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Los tramos con visibilidad adecuada para adelantar debern distribuirsehomogneamente a lo largo de la carretera. En tramos de carretera de longitudmayor a 5 km se tiene:



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CONCLUSIONES


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