Diseño geometrico
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Transición del peralte
Sección transversal en tangente
+b% -b%
Bombeo con dos pendientes
Sección transversal en curva circular
-p%
peralte
Para cambiar de la sección con bombeo a la sección con peralte se requiere una
longitud mínima para efectuar este cambio, a esa distancia se le suele llamar
longitud mínima de transición del peralte
Para no confundir esto con la longitud de la curva de transición le llamaremos
espiral o clotoide a la curva que conecta un tramo tangente con la curva circular, o
a dos curvas circulares.
Transición del peralte
Las longitudes de transición deben permitir al conductor percibir
visualmente la inflexión del trazado que deberá recorrer y, además,
permitirle girar el volante con suavidad y seguridad.
La transición del peralte deberá llevarse a cabo combinando las tres
condiciones siguientes:
•Características dinámicas aceptables para el vehículo
•Rápida evacuación de las aguas de la calzada.
•Sensación estética agradable.
Transición del peralte
La variación del peralte requiere una longitud mínima, de forma que nose supere un determinado valor máximo de la inclinación que cualquier
borde de la calzada tenga con relación a la del eje del giro del peralte.
ipmáx = 1.8 - 0.01V
ipmáx : máxima inclinación de cualquier borde de la calzada respecto al
eje de la misma (%).
V : Velocidad de diseño (Kph).
El eje de giro puede ser
• centro de la calzada
• borde interior de la calzada
• borde exterior de la calzada
El cambio de bombeo a peralte
con eje de giro al centro de la
calzada se realiza en tres etapas
Transicion
eje
del peralte- eje de giro centro de la calzada
ipmáx = 1.8 - 0.01VDiagrama de
alturas de los
BEα bordes con
respecto al eje
BI de la calzadaL1
tangente TE
Transicion del peralte- eje de giro centro de la calzadaPrimera etapa (inicio en tangente y finaliza en la clotoide)
0%
BE
+b%
-b%
-b%
Inicio de clotoide
BI El borde exterior gira
alrededor del eje y seL1
BE 2B BI eleva una altura
h = B x (pf- pi)Bombeo con dos pendientes
Tramo tangente
ejeB (pf-pi)
donde
b = pi
0 = pf
BEα
BI L1
Diagrama de
alturas de los
bordes conrespecto al eje
de la calzada
tangente TE
Del grafico anterior la distancia L1 puede obtenerse:
B (0 - pi) = ip max = tan α*100 B (0 - pi) = L1 min
L1 min ip max
Segunda etapa (inicia y finaliza dentro de la clotoide)
BE
0%
BE
+b%
BE
-b%
-b%
BI-b%
BI
BI
L2
L1
El borde exterior gira
alrededor del eje y se eleva
una altura h = B x (pf - pi)
pf = -b
pi= 0
2B
En similar forma a la primera etapa, L2 puede ser calculada como:
B (pf - pi) = ip max
L2 minB (-b -0) = L2 min
ip max
Tercera etapa (finaliza en inicio de curva circular)
BE
BE
0%
BE
+b%
-p%
-b%
-b%
BI-b%
BI
L3BI
L2
L1
El cambio del peralte
de -b%a -p% se termina
de hacer en la curva de
transición si la hubiera
BE BI2B
Transición del peralte
Similarmente a las etapas anteriores, la distancia L3 min será:
B (pf - pi) = ip max
L3 minB (pf+ b) = L3 min
ip max
Entonces la longitud mínima de transición del peralte será:
L mínima = L1 + L2 + L3
B (0 - pi)
ip max+ B (-b - 0)
ip max+ B (pf + b)
ip max
= B (pf-ip max
pi) = Lmin
Transicion del peralte
Longitud minima de transicion del peralte
p - pfL
Siendo:
min=
ip
i
máx
B Longitud total para realizarel cambio de bombeo a peralte
Lmín : Longitud mínima del tramo de transición del peralte (m).
pf : peralte final con su signo (%)
pi : peralte inicial con su signo (%)
B : distancia del borde de la calzada al eje de giro del peralte (m).
Gráfico de cambio de bombeo a peralte
Bombeo con dos pendientes en calzada única
BEBE
+b%
BE2B
-b% BE
BI
Eje de giro
0%
-b%
BI2B 2B
-b% -p%
BI 2B BI
BE
Bb
L1 (20m máx.) L2 (20m máx.) L3 BI
tangente clotoide
Ejemplo
Se tiene una curva Horizontal Diseñada para una velocidad de 60 Km/h,
el bombeo de la calzada es de 2% y peralte máximo diseñado es de 6%. Si
se sabe que el radio mínimo de la curva es de 135m se pide: Determinar
la longitud minima de la espiral de transición. Considerar que el ancho
del carril es de 3.5m
Diseño considerando la transición de peralte a bombeo
Lmin
(Pf=
- P)iB
Donde:
Pf = -6%ipmax
Lmin = 23.33 m
Pi = 2%
B = 3.5 m
V = 60 Km/h
ipmax = 1.8 - 0.01V = 1.2%
Ejemplo
Diseño considerando la aceleración de la fuerza Centrifuga
Amin
VR=
46.656J
2V
R- 1.27p A = 81.30m
min
Lmin=
2Amin /RDonde:
V = 60Km/hR = 135 m
Lmin = 48.96 m = 50 mP = 6%
J = 0.5 (Obtenido de la tabla 402.06)
((
Ejemplo
Diseño considerando el criterio estetico
Del anterior calculo se evalúa el parámetro
R/3 < Amin < R
45m < 81.30m < 135m Cumple con el criterio Estético guiado visual
Además de acuerdo a la Norma Lmin = 30 m
Lmin = 48.96 m = 50 m (De todos los criterios evaluados, se adopta en el
diseño la mayor longitud calculada )
Alineamiento Vertical
Curva
horizontal
Curva
vertical
Alineamiento Vertical
El alineamiento vertical de una carretera es la proyección del eje espacial de la vía
sobre una superficie vertical paralela al mismo. Al eje también se le denomina
rasante.
El eje del alineamiento vertical está formado por una serie de tramos rectos o
tangentes conectados por curvas parabólicas.
El diseño de curvas verticales se hace pensando en 4 criterios:
seguridad, comodidad operación y drenaje.
Tangentes Verticales
Las tangentes se caracterizan por su longitud y pendiente. Para propósitos de
diseño estas pendientes están limitadas por condiciones de drenaje y el
funcionamiento de los camiones.
Para fines de proyecto, el sentido de las pendientes se define según el avance delkilometraje, siendo positivas aquéllas que implican un aumento de cota y negativas
las que producen una pérdida de cota
Pendientes
Pendientes Mínimas
• En los tramos en corte generalmente se evitará el empleo de pendientes
menores de 0,5%.
• Podrá hacerse uso de rasantes horizontales en los casos en que las cunetas
adyacentes puedan ser dotadas de la pendiente necesaria para garantizar el
drenaje y la calzada cuente con un bombeo superior a 2%.
Pendientes Máximas
Las pendientes máximas se emplearán cuando sea conveniente desde el punto
de vista económico con el fin de salvar ciertos obstáculos en tramos cortos,
de tal forma que no se conviertan en longitudes críticas
Para hallar las pendientes máximas ver la tabla 403.01.
En zonas superiores a los 3000 msnm, los valores máximos de la tabla
403.01, se reducirán en 1% para terrenos montañosos o escarpados.
Alineamiento Vertical - Perfil longitudinal
Fuente: J reyes
Pendientes Máximas
Longitud crítica de una pendiente
Se define como la máxima longitud en subida sobre la cual un camión cargado
Puede operar sin ver reducida su velocidad por debajo de un valor prefijado.
Usualmente se considera que la longitud crítica es aquella que ocasiona una
reducción de 25 km/h en la velocidad de operación de los vehículos pesados
(Cardenas, 2002)
La figura 403.04a muestra la caída de velocidad para un camión tipo semitrailer o
con acoplado, cargado, cuya relación peso/potencia sea del orden de 150 Kg/Hp
Neto.
Si la longitud y magnitud de una pendiente inevitable produce descensos
superiores a los 25 KPH, se realizará un análisis técnico económico a fin de
establecer la factibilidad de proyectar carriles de ascenso.
Carriles de ascensoNecesidad del Carril
• En carreteras de calzada única se dispondrán carriles adicionales por la
derecha de la calzada (carriles para circulación lenta).
• Los carriles adicionales tendrán el mismo ancho que los que constituyen la
calzada. Se omitirá proyectar el carril con longitud menor de 250 m.
Antes de los carriles adicionales para circulación lenta o rápida se dispondrá una
cuña de transición con una longitud mínima de setenta metros (70 m).
El carril adicional para circulación lenta se prolongará hasta que el vehículo lento
alcance el ochenta y cinco por ciento (85%) de la velocidad de diseño, sin que
dicho porcentaje pueda sobrepasar los ochenta Kilómetros por hora (80 Km/h).
Carriles de ascenso - Necesidad del Carril
A la prolongación anterior se añadirá una cuña de transición con un valor mínimode cien metros (100 m). El final de un carril adicional para circulación lenta no podrá
coincidir con la existencia de prohibición de adelantar (carencia de visibilidad de
adelantamiento).
Tramos en descanso
En el caso de ascenso continuo y cuando la pendiente sea mayor del 5% se proyectará,
más o menos cada tres kilómetros, un tramo de descanso de una longitud no menor de
500 m., con pendiente no mayor de 2%.
Fuente: propia
Necesidad de Curvas Verticales
Los tramos consecutivos de rasante, serán enlazados con curvas
verticales parabólicas cuando la diferencia algebraica de sus
pendientes sea de 1%, para carreteras con pavimento de tipo
superior y de 2% para las demás.
Proyecto de las Curvas Verticales
Las curvas verticales serán proyectadas de modo que permitan,
cuando menos, la distancia de visibilidad mínima de parada.
Tipos de curvas verticales simétricas
convexas
cóncavas
Fuente: AASHTO
Longitud mínima de Curvas Convexas
La longitud mínima de las curvas convexas debe asegurar por lo menos que unconductor pueda detener el vehículo que maneja al observar un objeto estacionario
ubicado delante de su trayectoria.
Inadecuada distancia Dp Camión después de curva
vertical
Curvas Convexas: De acuerdo a la relación entre la longitud de la curva y
la distancia de parada hay dos posibles situaciones
Caso 1
Dp < LDp: Es la proyección Horizontal de la Visual que une h1 y h2
2Lmín = A Dp
200 (√ h1+ √h2)𝟐 Para Dp < L
Distancias de Visibilidad
L: Longitud de la curva vertical
Dp: Distancia de visibilidad de parada (S en el gráfico)
A: Diferencia algebraica de pendientes (en %)
h1: Altura del ojo sobre la rasante
h2: Altura del objeto sobre la rasante
En el Perú se han adoptado los valores de h1= 1.07 m para la altura del
ojo sobre la rasante y h2 = 0.15 m para la altura del objeto sobre la rasante
Caso 2
Dp > L
Lmín = 2 Dp - 200 (√ h1 + √h2)𝟐 Para Dp > L
A
Cuando la diferencia algebraica de pendientes (A) es muy pequeña, la longitud
requerida sería cero o saldría negativa al usar la fórmula por que la línea de visual
pasaría sobre el punto más alto de la curva. En estos casos, para diferencias pequeñas
de pendientes, por condiciones prácticas se adoptó un valor mínimo igual a V
(ver figura 403.02)
Figura: 403.01
Fuente: Manual de diseño Geométrico para carreterasDG-2001
Longitud mínima
de curvas verticales
convexas con DP
(Fuente: libro de la
AASHTO)
Fuente: Manual de diseño Geométrico DG-2001
Longitud mínima
de curvas verticales
cóncavas con DP
(Fuente: libro de la
AASHTO)
Secciones transversales
Secciones transversales
La sección transversal de una
carretera es un corte vertical
normal al alineamiento horizontal,
el cual permite definir la
disposición y dimensiones de los
elementos que forman la carretera
en el punto correspondiente a cada
sección y su relación con el terreno
natural.
Corte vertical
Fuente: Adaptado de Mannering
Y Kilareski
Secciones transversales
Tramo tangente
Secciones transversales
Tramo curvo
ElementosSecciones transversales
Los elementos que integran y definen la sección transversal son:
• Derecho de vía
• Calzada ó superficie de rodadura
• Bermas
• Carriles
• Cunetas
• Taludes
• Elementos complementarios
Derecho de vía o faja de dominio
Es la faja de terreno destinada a la construcción, mantenimiento, futuras
ampliaciones de la vía, si la demanda de tránsito así lo exige, servicios de
seguridad, servicios auxiliares y desarrollo paisajístico.
Fuente: adaptado de Manual de diseño Geométrico DG-2001
Zona de propiedad restringida
A cada lado del Derecho de Vía habrá una faja de Propiedad Restringida. La
restricción se refiere a la prohibición de ejecutar construcciones permanentes
que afecten la seguridad o visibilidad, y que dificulten ensanches futuros. El
ancho de esa zona se muestra en la tabla 303.04.
Fuente: Manual de diseño Geométrico DG-2001
Calzada
Es el elemento destinado al paso de los vehículos. Sus
dimensiones deberán ser tales que permitan mantener un nivel
de servicio adecuado, para la intensidad de tráfico previsible.
Ancho de Tramos en Tangente
En la tabla 304.01, se indica los valores apropiados del ancho
del pavimento para cada velocidad directriz con relación a la
importancia de la carretera.
El ancho de la calzada en tangente se determinará con base en el
nivel de servicio deseado al finalizar el período de diseño o en
un determinado año de la vida de la carretera.
Ancho de calzada
Fuente: Manual de diseño Geométrico DG-2001
Bermas
Son las zonas que permiten a los vehículos apartarse momentáneamente de la
calzada en caso de avería o emergencia.
Bermas ocupadas por grandes Publicidad muy cercana
bloques de piedra a las bermas
Bermas
Ancho de las bermas
En la tabla 304.02, se indican los valores apropiados del ancho
de las bermas. El dimensionamiento entre los valores indicados,
para cada velocidad directriz se hará teniendo en cuenta los
volúmenes de tráfico y el costo de construcción.
Ancho de bermas
Bombeos
Elemento para el drenaje del pavimento.
En tramos rectos o en aquéllos cuyo radio de curvatura permite el
contraperalte las calzadas deberán tener, con el propósito de evacuar las
aguas superficiales, una inclinación transversal mínima o bombeo, que
depende del tipo de superficie de rodadura y de los niveles de precipitación
de la zona.
La tabla 304.03 especifica estos valores indicando en algunos casos unrango dentro del cual el proyectista deberá moverse, afinando su elección
según los matices de la rugosidad de las superficies y de los climas
imperantes.
Bombeo
Taludes
Los taludes para las secciones en corte variarán de acuerdo a la estabilidad
de los terrenos en que están practicados; la altura admisible del talud y su
inclinación se determinarán en lo posible, por medio de ensayos y cálculos,
aún aproximados.
La inclinación de los taludes del corte variarán a lo largo de la obra según
sea la calidad y estratificación de los suelos encontrados.
Taludes en corte
Taludes para Terraplenes
Las inclinaciones de los taludes para terraplenes variarán en función de
las características del material con el cual está formado el terraplén,
siendo de un modo referencial los que se muestran en la Tabla 304.11.
Las normas internacionales exigen barreras de seguridad para taludes con
esta inclinación, puesto que consideran que la salida de un vehículo desde
la plataforma no puede ser controlada por su conductor si la pendiente es
más fuerte que el 1:4.
Cuando se tiene dicho 1:4, la barrera de seguridad se utiliza a partir de los
4,0 m, de altura. El proyectista deberá decidir, mediante un estudio
económico, si en algunos tramos con terraplenes de altura inferior a 4,0 m,
conviene tender los taludes hasta el mencionado valor, ahorrándose así la
barrera, o mantener el 1:1.5, con dicho elemento de protección.
Taludes para terraplenes
Taludes para terraplenes
Tipos de Deslizamientos Rotacionales
A partir de observaciones: En general se toma superficie de falla
circular
Material mas resistente
Falla Profunda o de Base Falla de Pie
Falla de Local
Formación de la superficie de falla y falla progresiva
Estabilidad al Deslizamiento Superficial
• Superficie de falla plana y paralela al talud
• Masa que desliza de pequeño espesor
• Tensiones en caras verticales iguales y
Equilibrio de fuerzas
a
i dWopuestas
T W seni ;
N tan
N W cosi ;W
W cos i tan
da d T
N
FSW sen i
tan
W sen i
FS itan i
máx
ESTABILIDAD DE TALUDES
FALLA PLANA
DOVELAS DE JAMBU
DIACLASAS
BUZAMIENTO
F.S. > 1.20
Cuadro de Resumen de Secciones Transversales
Cunetas
Son zanjas abiertas en el terreno, revestidas a fin de proteger la
estructura del pavimento, que recogen y canalizan
longitudinalmente las aguas superficiales y de infiltración para
flujos no permanentes.
Longitudinalmente, el fondo de la cuneta deberá ser continuo, sin
puntos bajos.
Las pendientes longitudinales mínimas absolutas serán 0,12%,
debiéndose procurar inclinaciones mínimas mayores.
Cunetas
DISEÑO PLANIALTIMÉTRICO
SECCIONES TRANSVERSALES
4%2% 2% 4%
1V : 4H
1V : 1.5H (1V : 3H)
2.50m DETALLE UBICACIÓN DE BARANDA
200 – 250 %
3.00m1V : 4H
Perfil aplicado en las
progresivas 1930 - 1V : 1.5H2030
150 %
Sección Transversal Típica
Información de la sección transversal