4. Sesion 4 - Diseno Geometrico - Trazado en Planta

SESIÓN 4

Diseño Geométrico del Trazado

Trazado en Planta

PROCESOS CONSTRUCTIVOS 4 – IIO 427

Índice

• Consideraciones Generales

• Alineaciones rectas

• Curvas circulares

• Arcos de enlace o transición



• Composición del alineamiento horizontal

Índice








Consideraciones Generales• Las principales consideraciones que controlan el diseño del alineamiento

horizontal son:

1. Categoría de la Ruta

2. Topografía del Área

3. Velocidad de Proyecto

4. V85% para diseñar las Curvas Horizontales4. V85% para diseñar las Curvas Horizontales

5. Coordinación con el Alzado

6. Costos de Construcción, Operación y Mantención

El alineamiento horizontal deberá proporcionar en todo el trazado a lo menos la distancia mínima de visibilidad de parada.

Consideraciones Generales• La planta de una carretera se compone de una sucesión de elementos

curvos y tramos rectos.

• Los elementos curvos comprenden:

1. Curvas circulares

2. La parte central circular y dos arcos de enlace

3. Otras combinaciones de arco circular y arco de enlace.3. Otras combinaciones de arco circular y arco de enlace.

• La utilización de elementos de curvatura variable entre recta y curva circular se hace necesaria por razones de seguridad, comodidad y estética.

• La Clotoide es el elemento de curvatura variable cuyas propiedades permiten su uso en carreteras.

PKE1

PKE2

PC1 PC2FC1 FC2

FKS1

FKS2

CL1

CL2

Consideraciones Generales• Tendencia actual

Se orienta a la utilización de curvas amplias que se adaptan a la curvatura del terreno, disminuyendo considerablemente las rectas.

¿Por qué?

– Los tramos rectos inducen a velocidades muy superiores a las de proyecto.

– Peligro de deslumbramiento por luces de vehículo en sentido contrario.– Peligro de deslumbramiento por luces de vehículo en sentido contrario.

– Monotonía en la conducción, pérdida de concentración del conductor.

– Las curvas armonizan las sinuosidades del terreno, ventajas estéticas y económicas.

Índice








Alineamiento Recto- La recta es un elemento del trazado indicado en carreteras de dos carriles para

tener visibilidad a larga distancia y tener suficientes oportunidades paraadelantar.

- En vías de alta capacidad, los trazados en recta se suelen evitar ya que sutrazado es poco adaptable al territorio, especialmente en regionesmontañosas y urbanizadas.montañosas y urbanizadas.

Alineamiento Recto1. LONGITUDES MÁXIMAS EN RECTA

– Las rectas largas provocan monotonía en la conducción. El poco esfuerzo que necesitan los conductores para seguir su trayectoria, facilita la falta de atención.

– En conducción nocturna en rectas, el conductor está sometido constantemente al efecto perturbador de los faros de los vehículos que circulan en sentido contrario, especialmente cuando el pavimento está circulan en sentido contrario, especialmente cuando el pavimento está mojado.

– Por ello la normativa limita la longitud de las rectas, evitando longitudes superiores a:

Alineamiento Recto2. LONGITUDES MÍNIMAS EN RECTA

– Las rectas demasiado cortas no permiten su correcta percepción. Este hecho no ayuda a que el conductor adapte la trayectoria del vehículo al trazado de la carretera.

2.1 Curvas en S:

a) Nuevos trazados.a) Nuevos trazados.

Deberá existir coincidencia entre el término de la Clotoide de la primera curva y el inicio de la segunda curva.

b) Recuperaciones o cambios de Estándar

Si no es posible lo expuesto en a), se podrán aceptar tramos rectos intermedios de una longitud no mayor a:


c) Tramos rectos intermedios de mayor longitud

Estos no responden a una curva en S propiamente tal, pero responden a una mejor definición óptica del conjunto trazado. Las longitudes deberán alcanzar o superar los mínimos Lr min = 1,4 ·Vp


2.2 Tramo recto entre curvas en el mismo sentido:

Por condiciones de guiado óptico es necesario evitar rectas excesivamente cortas entre curvas en el mismo sentido, en especial en terreno llano y ondulado suave con velocidad de proyecto medias y altas.

Índice








Curvas Circulares1. ELEMENTOS DE LA CURVA CIRCULAR

Curvas Circulares2. RADIOS MÍNIMOS ABSOLUTOS

Los radios mínimos para cada velocidad de diseño calculados bajo el criterio de velocidad ante el deslizamiento están dados por la siguiente expresión:


Los radios mínimos para las Velocidades de Proyecto quedan definidos por el peralte máximo y el coeficiente de fricción transversal máximo.


Los radios mínimos solo podrán ser empleados al interior de una secuencia de curvas horizontales, cuando estén comprendidos dentro del rango aceptable para curvas horizontales consecutivas para carreteras y caminos.

Curvas Circulares3. CURVAS HORIZONTALES CON RADIOS SOBRE LOS MÍNIMOS

3.1 Peralte en función del Radio de Curvatura


3.2 Radio-Peralte-Velocidad Específica- Coeficiente de Fricción Transversal


3.3 Radios Límite en Contraperalte - RL

Solo se aceptarán en para radios > 3.500 m en caminos y > 7.500 m en carreteras. Su valor máximo podrá igualar al bombeo, pero no podrá superar -2,5%.

En sectores singulares del trazado, como transiciones de dos calzadas a una calzada, deberán señalizarse con la debida anticipación y con indicación de En sectores singulares del trazado, como transiciones de dos calzadas a una calzada, deberán señalizarse con la debida anticipación y con indicación de velocidad máxima aceptable, se podrá diseñar curvas en contraperalte.


3.4 Desarrollo mínimo de curvas horizontales

a) Se aceptarán desarrollos mínimos asociados a una variación del azimut entre Pc y Fc de la curva circular ωc ≥ 9g , siendo deseables aquellos mayores o iguales a 20g.

Los desarrollos mínimos para cada Vp, en función de Rm y ωc son: Los desarrollos mínimos para cada Vp, en función de Rm y ωc son:


3.4 Desarrollo mínimo de curvas horizontales

b) En casos con deflexiones totales ω < 6g se deben usar curvas circulares de radios muy amplios, que aseguren desarrollos mínimos tales como:


3.5 Línea de máxima pendiente

En las curvas horizontales la combinación del peralte con la pendiente longitudinal da origen a la línea de máxima pendiente.

En caminos q% <11%

En carreteras q% < 10%

Cuando se superen los valores admisibles se deberá bajar la pendiente longitudinal ya que el peralte es prácticamente invariable para modificaciones leves de radio.

Curvas Circulares4. RELACION ENTRE RADIOS DE CURVAS CIRCULARES CONSECUTIVAS

Los radios de una sucesión de curvas horizontales sin recta o con recta de longitud menor que 400 m, se consideran dependientes, y deben cumplir:

Curvas Circulares5. DESARROLLO DE PERALTE EN CURVAS CIRCULARES SIN CURVAS DE ENLACE

5.1 Aspectos Generales

Solo se pueden diseñar curvas circulares sin empleo de arcos de enlace , Clotoides, en casos particulares:

- Caminos de Desarrollo con Vp 30 km/h.

- Curvas con deflexión entre 2g y 6g- Curvas con deflexión entre 2g y 6g

Se podrá prescindir de arcos de enlace en Curvas cuyos radios superen los 1500 m para caminos con Vp ≤ 80 km/h, y Curvas que cuyos radios superen los 3000 m para carreteras con Vp ≥ 80 km/h.


5.2 Eje de Giro de Peralte

En caminos bidireccionales el eje de giro corresponde al eje en planta que coincide con el eje de simetría de la calzada. En casos excepcionales este podrá trasladarse hacia uno de los bordes de la calzada (intersecciones a nivel o zonas de enlace).


5.2 Eje de Giro de Peralte


5.3 Longitud de Desarrollo del Peralte

Eje de Giro Normal

Considerando la posición normal del eje de giro del peralte, igual al eje de la calzada, la longitud requerida para desarrollar el peralte desde el bombeo (-b) al peralte total (+p) o (-p), dada dada por:b) al peralte total (+p) o (-p), dada dada por:



a) Eje de Giro Normal



Tasa de giro

Es la longitud necesaria, expresada en metros, para lograr un giro de 1% en torno al eje.



b) Giro en los Bordes de una Calzada Bidireccional

Cuando la calzada posee dos aguas y se desea dar el peralte en torno al borde interior de la curva, borde derecho en curvas a la derecha, es necesario inicialmente lograr el bombeo único girando en torno al eje, para posteriormente cambiar el eje de giro al borde interior.necesario inicialmente lograr el bombeo único girando en torno al eje, para posteriormente cambiar el eje de giro al borde interior.

Si el peralte se desea dar en torno al borde exterior, borde izquierdo en curvas a la derecha, se girará en torno a dicho borde, manteniendo constante el bombeo de la pista interior hasta que se consiga el bombeo único. De ahí en adelante, la calzada gira solidariamente hasta lograr el peralte deseado.


5.4 Condicionantes para el Desarrollo del Peralte

a) Proporción del Peralte a Desarrollar en Recta


5.4 Condicionantes para el Desarrollo del Peralte

b) Longitud en Curva con Peralte Total

En Caminos y Carreteras con Vp ≥ 60 km/h:

L = Vp/3,6 (m)Lmin = Vp/3,6 (m)

En lo posible para V85% ≥ 80 km/h se posea una longitud con peralte total en al menos 30 m.

Curvas Circulares6. SOBREANCHO EN CURVAS CIRCULARES

6.1 Generalidades

En curvas de radio pequeño y mediano, según sea el tipo de vehículos pesados que circulan por el camino o carretera, se deberá ensanchar la calzada para permitir la correcta circulación de vehículos que se cruzan (bidireccional), o adelantamiento (unidireccional).



6.2 Cálculo del Sobreancho

El ensanche total E(m) requerido en una calzada de dos pistas con anchos de 7,0 y 6,0 m se realiza empleando los parámetros “Lo” para unidades simples (Camiones y Buses); L1 y L2 para unidades articuladas (Semitrailer) y el Radio de la Curva.

El ensanche total E (m) se limitará a un máximo de 3,0 m , y un mínimo de El ensanche total E (m) se limitará a un máximo de 3,0 m , y un mínimo de 0,5 m en calzadas de 7,0 m y a un máximo de 3,20 m y un mínimo de 0,35 m en calzadas de 6,0 m.

Curvas Circulares


6.3 Desarrollo del Sobreancho en Arcos de Enlace

El sobreancho se generará en el borde interior de la calzada.

PC FCSe debe considerar una transición lineal en la recta de 40 m antes del

Si el arco de enlace (Clotoide) es menor a 40 m, el sobreancho se deberá desarrollar en la longitud de la Clotoide.

40 m 40 m

lineal en la recta de 40 m antes del PC y después del FC

Curvas Circulares

Índice








Arcos de Enlace o Transición1. ASPECTOS GENERALES

El uso de estos elementos permite que un vehículo circulando a la velocidad específica correspondiente a la curva circular, se mantenga en el centro de su pista.

Curva de transición de entradaCurva de transición de entrada

Curva de transición de salida

circular

Arcos de Enlace o Transición1. ASPECTOS GENERALES

La curvatura variable permite desarrollar el peralte a lo largo de un elemento curvo, evitando calzadas peraltadas en recta.

Curva de transición de entrada

•Se emplearan arcos de enlace en todo proyecto cuya Vp ≥ 40 km/h . Curva de transición de entrada

Curva de transición de salida

circular

Vp ≥ 40 km/h .

•En Caminos con Vp ≤ 80 km/h solo se podrá prescindir de arcos de enlace para radios ≥ 1500 m.

•En Carreteras con Vp ≥ 80 km/h solo se podrá prescindir de arcos de enlace para radios ≥ 3000 m.

Arcos de Enlace o Transición2. CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CLOTOIDE

• El Crecimiento Lineal de su curvatura permite una marcha uniforme al usuario.

• La aceleración transversal no compensada, puede controlarse limitando suincremento a una magnitud que no produzca molestias al usuario.

• El desarrollo de peralte se logra en forma progresiva, consiguiendo que lapendiente transversal sea en cada punto la correspondiente al radio dependiente transversal sea en cada punto la correspondiente al radio decurvatura.

• La flexibilidad de la Clotoide permite acomodarse al terreno sin romper lacontinuidad, mejorando la armonía y la apariencia de la carretera.

• Lo anterior permite en algunos casos disminuir el movimiento de tierraslogrando trazados más económicos. circular

Arcos de Enlace o Transición2. CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CLOTOIDE

circular

Arcos de Enlace o Transición3. ECUACIONES PARAMÉTRICAS DE LA CLOTOIDE

La Clotoide es una curva de la familia de las espirales y su ecuación paramétrica está dada por:

La expresión que liga R, L y τ es:


4.

circular


Ejemplo de valores que se asumen de L, τ, X e Y para R=250 m, en el caso de los parámetros considerados.

circular

Arcos de Enlace o Transición4. ELECCIÓN DEL PARÁMETRO “A” DE LA CLOTOIDE

• Existen al menos cuatro criterios que determinan la elección del parámetro deuna Clotoide para ser usada como curva de transición.

Criterio a). Por condición de guiado óptico. Para tener una clara percepción del elemento de enlace y de la curva circular.

La restricción A > R/3, corresponde al parámetro mínimo que asegura la adecuada percepción de la existencia de la curva de enlace.

La restricción A < R, asegura la adecuada percepción de la existencia de la curva circular.


Criterio b). Condición adicional de guiado óptico. Es conveniente que si el Radio enlazado posee un R ≥ 1,2 Rm, el Retranqueo de la curva enlazada (∆R) sea ≥ 0,5m.


Criterio c). La longitud de la Clotoide sea suficiente para desarrollar el peralte.

En este caso, A de elige imponiendo la condición que la longitud de la Clotoide (L), sea igual a la longitud de desarrollo de peralte requerido (I), a partir del punto en que la pendiente transversal de la calzada es nula.


Criterio d). La longitud de la Clotoide sea suficiente para que el incremento de la aceleración transversal no compensada por el peralte, pueda distribuirse a una tasa uniforme J (m/s3).

Este criterio tiene relación con la comodidad del usuario al transitar por la curva de enlace, y para velocidades menores o iguales que la Velocidad Específica de una curva enlazada. Específica de una curva enlazada.

Induce una conducción por el centro de la pista de circulación.


Para el criterio d) existen dos grupos de valores de J para diseño, en función de la situación que se esté abordando.

Criterio d.1). Si Rm ≤ R < 1.2 Rm, se emplean los valores de Jmáx dados por:

Criterio d.2). Si R > 1.2 Rm, se emplean los valores de J normal siguientes:



• No es recomendable emplear desarrollos clotoidales excesivamente largos siendo recomendables limitarlos a Lmax. = 1.5 Lnormal .

• Lnormal se obtiene seleccionando el mayor valor de A al aplicar los criterios a), b) y d.2), considerando para d.2) los valores de J normal y para cada valor de R, la Ve que le corresponde.la Ve que le corresponde.

• En el caso particular de curvas en “S” para hacer coincidir los extremos de las clotoides contiguas, se acepta Lmax. = 2 Lnormal

Arcos de Enlace o Transición5. CONJUNTO ARCOS DE ENLACE Y CURVA CIRCULAR

• La introducción de un arco de enlace implica el desplazamiento de una curva circular, es decir, producto de una Clotoide la curva circular al final se desplaza hacia el centro de la curva en una magnitud tal que es función de la longitud del arco de enlace y del radio de curvatura de la curva que se desee. El desplazamiento lo denominaremos ∆R o retranqueo.

• El radio de la curva circular que se desea enlazar permanece constante y el • El radio de la curva circular que se desea enlazar permanece constante y el desarrollo que esta es parcialmente reemplazado por secciones de la Clotoide de enlace.


Parámetros del conjunto

ω

LRA ×=2R

Lp ×= 831.31τ

y y( ) psenRtgRRLTP τω ×−

×∆++=2

Ry p ∆×≈ 4

p

p

sen

yTc

τ=

p

p

tg

yLTL

τ−=

R

LRyR pp ×

≈−×−=∆24

)cos1(2

τ

662.63

)2( pRDccr

τω −×= RRRS −

×∆+=2

sec)(ω


El MCV3 establece parámetros aproximados para la Clotoide para simplificar el cálculo.

Denominación Notación Expresión

Coordenada X del punto de tangencia

Xp Xp ≈ Ltangencia

Xp Xp ≈ L

Coordenada Y del punto de tangencia

Yp Yp ≈ 4* ∆R

Retranqueo (m) ∆R ∆R ≈ L2 / 24 R

Coordenada X del centro de la circunferencia retranqueada

XcXc ≈ L/2

Coordenada Y del centro de la circunferencia retranqueada

Yc Yc ≈ R + ∆R


Desarrollo del peralte en curvas de enlace

• Cuando existe el desarrollo del peralte puede darse en forma tal que el valor alcanzado sea exactamente el requerido por el radio de curvatura en un punto considerado, obteniéndose el valor máximo “p” justo al principio de la curva circular retranqueada.

• Esta situación permite evitar el peraltamiento en sectores en recta. • Esta situación permite evitar el peraltamiento en sectores en recta.

Pke Pks

Pc Fc

bb b bPmax Pmax

b

b

b

b

I0 I0I0 I0

I I

b

0b

0

Arcos de Enlace o Transición

LII += 0∆

××= banI0

5. CONJUNTO ARCOS DE ENLACE Y CURVA CIRCULAR


• El desarrollo del peralte tendrá una longitud total de:

∆0



• El desarrollo del peralte tendrá una longitud total de:

a. El peralte se calcula en forma lineal que p=b.

×= ant

b. El peralte no es lineal a contar de d`, se calcula con una pendiente relativa de borde.

∆=t giro

( )0IL

bpanCe

−−××=∆

Ce

ant giro ∆

×=


Sobreancho en Curvas con Arcos de Enlace

• La longitud normal para desarrollar el arco de enlace es de 40 m.

• Si el arco de enlace es mayor o igual a 40 m el inicio se ubicará 40 m antes del Pc.

• Si el arco de enlace es menor a 40 m, el sobreancho se desarrollará en la longitud del arco de enlace.Si el arco de enlace es menor a 40 m, el sobreancho se desarrollará en la longitud del arco de enlace.

Índice








Composición del Alineamiento Horizontal

1. COMPOSICIÓN DEL ALINEAMIENTO SEGÚN CATEGORÍA

Toda Carretera o Camino, a excepción de los caminos de Desarrollodeberán:

• Ser proyectados con enlaces clotoidales de transición entre elementos de distinta naturaleza, magnitud o sentido de curvatura, dentro de los rangos establecidos.establecidos.

• Las secuencias de curvas distantes menos de 400 m considerados entre el término y el inicio de las clotoides respectivas, deben cumplir con las relaciones para el Radio de entrada y salida establecidos.

• La incorporación de rectas largas, Lr > 400 m, requerirá un tratamiento de las curvas existentes en los extremos de la recta en función de la V85%.


2. SUCECIONES DE ALINEACIONES CURVAS

Los diferentes tipos de sucesiones de alineaciones en planta se pueden suceder en diferentes ordenes. Pero no todos son recomendables.

2.1 Composiciones recomendables

• Existen algunas configuraciones que ayudan a resolver con seguridad y elegancia situaciones de común ocurrencia en el trazado.elegancia situaciones de común ocurrencia en el trazado.

• Curva Circular con Clotoide de enlace

• Curva de Inflexión o Curvas en S

• Ovoide

• Ovoide Doble




Curva Circular con Clotoide de Enlace

• Los parámetros A1 y A2 son normalmente iguales o muy parecidos.

• Cuanto más larga sea la recta asociada mayor debe ser el parámetro de la Clotoide .

• Cuanto más larga sea la recta asociada mayor debe ser el parámetro de la Clotoide .




Curva de Inflexión o Curvas en S

• En trazados nuevos no existe recta intermedia entre clotoides.

• En trazados existentes la longitud en recta no debe superar Lr ≤ 0,08 (A1+A2).• En trazados existentes la longitud en recta no debe superar Lr ≤ 0,08 (A1+A2).

• Para Lr ≥ 1,4 Vp, ya no corresponde a una curva en S.




Ovoide

• Solución para enlazar dos curvas circulares del mismo sentido muy próximas entre sí.

• Para esta solución es necesarios que uno de los círculos sea interior al otro y • Para esta solución es necesarios que uno de los círculos sea interior al otro y no sean concéntricos.

• La transición del peralte se dará en la Clotoide de enlace.




Ovoide Doble

• Si las curvas circulares de igual sentido se cortan o son exteriores, se debe recurrir a un circulo auxiliar “R3”, dando origen a un doble ovoide para la solución deseada.solución deseada.



2.1 Composiciones Límite

Curva Circular sin Curva de Enlace

• Solo para caminos de Desarrollo ó :

• R > 1500 m en caminos con Vp ≤ 80 km/h.• R > 1500 m en caminos con Vp ≤ 80 km/h.

• R > 3000 m en carreteras con Vp ≥ 80 km/h.




Clotoides de Vértice sin Arco Circular

• En general debe ser evitada puesto que induce a maniobras algo erráticas en el entorno del punto de tangencia de ambas clotoides.




Curvas Circulares Contiguas

• Podrá emplearse en casos justificados en caminos de Desarrollo y excepcionalmente en caminos con Vp≤ 70 km/h. Tratar de evitar.

4. Sesion 4 - Diseno Geometrico - Trazado en Planta

Documents

Transcript of 4. Sesion 4 - Diseno Geometrico - Trazado en Planta