cap i - introduccion

CAPITULO I INTRODUCCION

1.1. VIAS DE TRANSPORTE:

1.1.1. EL TRANSPORTE El transporte, es el movimiento de bienes y personas utilizando medios o vías para lograr objetivos. Es parte de la economía, constituye una demanda, originada por la necesidad de traslado. La función principal del transporte es la integración de la sociedad, tanto de personas como de bienes, en ámbitos geográficos más amplios. La base que el transporte aportó en el pasado a la creación y consolidación de los imperios, la ofrece actualmente, con mucha eficacia, a la aplicación del marco económico, social y político en que se desarrolla la actividad humana.

Medios de Transporte.- Las carreteras, ferrocarriles, canales, puertos y aeropuertos constituyen los medios de transporte. Sistema de Transporte.- C onjunto de vehículos, rutas, instalaciones y sistemas de control que mueven carga y pasajeros. Los medios de transporte y todas las instalaciones complementarias o superestructuras, son las infraestructuras del sistema de transporte, las mismas que son incompatibles sino que se complementan entre sí. Sistema Nacional de Transporte Terrestre (SNTT).- Sistema de vías públicas de transporte terrestre vehicular.

Tránsito .- Todo tipo de vehículos y sus respectivas cargas, considerados aisladamente o en conjunto, mientras utilizan cualquier camino para transporte o para viaje.

Ingeniería de Transporte.- Profesión orientada a crear dispositivos, estructuras y procesos que permitan el traslado de personas y mercancías de un lugar a otro de forma que sea útil a la sociedad; para ellos aplica un cuerpo de conocimientos, un conjunto de habilidades y un punto de vista. El Ingeniero Vial o de Transportes se ocupa de la planificación, diseño, ejecución, operación y administración de un sistema de transporte. La tarea del ingeniero vial es fundamental y de mucha responsabilidad en relación con el desarrollo de los pueblos y el país en general, y esto constituye un reto, situación que también nos hace reflexionar en la necesidad urgente de construir las carreteras que faltan en nuestro territorio; ya que solo con una buena y completa Red Vial el Perú podrá fortalecer su economía haciendo que a través de sus caminos circule la gran riqueza que posee.

1.1.2. EL CAMINO O CARRETERA.- El camino o carretera, es una franja de terreno convenientemente preparada de acuerdo con características técnicas dotadas de obras tales que por ellas puedan transitar vehículos a velocidades determinadas, en las mejores condiciones de seguridad y economía. Los términos camino o carretera pueden tener igual o distinto significado. Camino, algunos acostumbran llamar así a las vías rurales. Carretera, nombre que se aplica a caminos de características modernas, destinados al movimiento de un gran número de vehículos. En el presente curso se usarán indistintamente los dos términos para indicar lo mismo. El proyecto de diseño de un camino comprende el análisis de tres aspectos básicos:

Capitulo I : INTRODUCCIÓN

INGº OSCAR FREDY ALVA VILLACORTA: FIC

a) Diseño en plantadiseñarán las curvas horizontales

b) Diseño en perfil longitudinalpendientes adecuadas y se diseñarán las curvas verticales.

c) La sección t ransversal del camino

camino proyectado, según un corte ideal, transversal al eje del camino.


INGº OSCAR FREDY ALVA VILLACORTA: FIC-UNASAM

Diseño en planta .- En el cual se configurará el alineamiento de la carretera, y se diseñarán las curvas horizontales.

Fig. 1-1: Diseño en Planta

Diseño en perfil longitudinal .- En la que se trazará la rasante del camino, con pendientes adecuadas y se diseñarán las curvas verticales.

Fig. 2-2: Diseño en Perfil Longitudinal

ransversal del camino .- Es la representación gráfica de lacamino proyectado, según un corte ideal, transversal al eje del camino.

Fig. 3-3: Diseño de la Sección Transversal

Apuntes de: CAMINOS - I

Pag. I - 2

En el cual se configurará el alineamiento de la carretera, y se

En la que se trazará la rasante del camino, con

Es la representación gráfica de la plataforma del camino proyectado, según un corte ideal, transversal al eje del camino.

Capitulo I : INTRODUCCIÓN Apuntes de: CAMINOS - I

INGº OSCAR FREDY ALVA VILLACORTA: FIC-UNASAM Pag. I - 3

1.1.3. NORMAS DE DISEÑO En todo proyecto de carreteras, el Diseño Geométrico definitivo de la vía es la parte más importante que se debe considerar y tener en cuenta al momento de la concepción de una carretera desde el punto de vista técnico, económico y social. Es menester que para que el diseño definitivo sea procedente, el estudio previo de factibilidad económica del proyecto haya demostrado su conveniencia. Para un estudio definitivo, en nuestro país, se deben aplicar las consideraciones que se dictan en la Normas vigentes en el Perú, es decir “El manual de Diseño Geométrico de Carreteras DG-2001”. Para el diseño de una carretera se debe considerar primero los factores externos y condiciones naturales de la zona por donde va a pasar la carretera y luego establecer, en base a las normas, una configuración geométrica de la vía en forma tridimensional, que considere en lo posible, los siguientes factores importantes:

• Seguridad Vial • Funcionalidad • Confort o Comodidad • Adaptación al entorno natural • Estética y armonía • Economía

La Seguridad Vial en estos últimos tiempos tiene mayor importancia en el diseño geométrico de la vía, como una forma de que se reduzcan el número de accidentes al mínimo posible. La Funcionalidad y la Comodidad en cambio, tienen que ver con la eficiencia, utilidad y satisfacción de los usuarios, en la que el diseñador deberá buscar una mejora de la calidad de vida de los beneficiados, a partir de las características que le dé la vía (tráfico, velocidad de operación, tipo de vía adoptada, topografía de la zona, etc.). La adaptación del diseño de la carretera al entorno natural por donde se va a pasar, deberá procurar minimizar en lo posible los impactos ambientales negativos, acondicionando el diseño de la vía, con la topografía existente. Es muy importante considerar también una estética y armonía adecuada de la vía. La situación económica actual del país nos indica que debemos tener mucho más cuidado en el análisis de la evaluación económica del estudio, pues no sólo comprometerá una considerable inversión inicial, sino que también comprometerá la inversión de los siguientes años si se piensa que deberá hacer el mantenimiento de la obra.

A) MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS DG-200 1 El manual de “Diseño Geométrico de Carreteras DG-2001” , entra en vigencia con Resolución Directoral N° 143-2001-MTC/15.17 del 12- 03-2001. Este Manual de Diseño Geométrico DG-2001, ha sido separado en 3 volúmenes: • Volumen I Normas de Diseño Geométrico de Carreteras • Volumen II Guías de Diseño Geométrico de Carreteras • Volumen III Normas para la Presentación de Estudios de Carreteras

Las Normas de Diseño presentan las técnicas de diseño vial a través de la normalización de las características geométricas de nuestras carreteras, cuya aplicación es de carácter obligatorio, con excepciones que si las hubiese deberán ser plenamente justificados por el Proyectista. Las Guías de Diseño muestran un análisis detallado de los fundamentos técnicos de las Normas adjuntándose recomendaciones para diseño que debe tener en cuenta el Proyectista. Se presentan además, métodos y procedimientos para el trazado, teniendo en consideración conceptos más amplios. Puede ser considerado como un elemento de consulta para justificar técnicamente las decisiones del Proyectista.



Tanto las Normas como las Guías de Diseño Geométrico de Carreteras presentan internamente los siguientes capítulos: Capítulo 1.0 Sistema y Clasificación de carreteras en el Perú. Capítulo 2.0 Criterios y Controles Básicos para el Diseño Capítulo 3.0 Geometría de la Sección Transversal Capítulo 4.0 Diseño Geométrico en Planta y Perfil Capítulo 5.0 Diseño Geométrico de Intersecciones En el volumen III que corresponden a las Normas para la Presentación de Estudios de Carreteras, se presentan algunos detalles con el fin de uniformizar la presentación de los informes finales emitidos por el Proyectista al MTC. En esta parte, se citan los capítulos que deben tener el informe final de un proyecto vial, así como se presentan los formatos que deben tener los planos del proyecto.

B) MANUAL DE DISEÑO DE CAMINOS NO PAVIMENTADOS DE BAJO VOLUMEN DE TRANSITO El manual de “Caminos no Pavimentados de Bajo Volumen de Tránsit o” , elaborado por el MTC, en vigencia con Resolución Directoral N° 084-2 005-MTC/14 del 16-11-2005. Este manual se aplica para el diseño de proyectos de caminos no pavimentados de tierra y afirmados con IMD menor de 400 veh/día. Contiene normas técnicas para su diseño conformando un elemento que organiza y recopila las Técnicas de Diseño Vial desde el punto de vista de su concepción y desarrollo en función de determinados parámetros, considerando los aspectos de conservación ambiental y de seguridad vial, coherentes con las Especificaciones Técnicas Generales para construcción de carreteras, de reciente actualización y las normas oficiales vigentes. El citado manual será de aplicación y de utilidad para la construcción, rehabilitación y mejoramiento de caminos con superficie de rodadura de material granular que corresponden a más del 85% de la red vial que se encuentra en esta categoría.

1.2. RED VIAL NACIONAL Y REGIONAL

Las diferentes características topográficas, climáticas y de suelos del territorio nacional, han originado distintas condiciones para la labor vial, por lo que nuestras carreteras deben diseñarse de acuerdo con estas condiciones. Por otro lado, la diferente importancia y servicio de las carreteras que demanda el país y la necesidad de adaptarse a las siempre creciente exigencias del tránsito, obligan a que la red vial adquiera nuevas características. La Red Vial Nacional debe asegurar una conexión permanente y de buen estándar de servicio entre las capitales departamentales, y todas éstas con el exterior. 1.2.1. Sistema Vial de Carreteras.- Está constituida por los siguientes sistemas de carreteras:

1. Red Nacional .- Está conformada por las grandes rutas, y de acuerdo a su ubicación están agrupadas de la forma siguiente: longitudinales y las rutas transversales.

a) Carreteras Longitudinales: (Panamericana, Carretera de la Sierra o Andina y

Marginal de la Selva) b) Carreteras Transversales:

a) Carreteras Longitudinales:

Son grandes rutas o ejes troncales de importancia nacional cuya función principal es comunicar y dar accesibilidad a todos los Departamentos del país, a partir de la cual se articulan las redes viales departamentales y vecinales. En determinados casos, tienen proyecciones interoceánicas. Incluye los caminos internacionales cuya influencia exceda



el ámbito departamental y los accesos a puertos y aeropuertos de importancia internacional y nacional. Entre ellas tenemos:

� La Carretera Panamericana de la Costa (Ruta 1-N) � La Carretera Longitudinal de la Sierra (Ruta 3-N) � La Carretera Marginal de la Selva (Ruta 5-N)

La Carretera Panamericana de la Costa.- Esta carretera es una vía de tráfico pesado y se puede decir que es la de mayor importancia en la actualidad que une todos los pueblos y ciudades de la costa peruana. Está totalmente asfaltada y tiene una longitud total de 2,723 Km., de los cuales 1,351 Km. Corresponden al tramo Lima – Aguas Verdes (Frontera con el Ecuador) y 1,372 Km, corresponden al tramo Lima – Concordia (Frontera con Chile). La Carretera Longitudinal de la Sierra.- Esta carretera está actualmente en ejecución y cuando esté terminada unirá la mayor parte de las capitales de los departamentos de la sierra. Su recorrido es paralelamente a la Carretera Panamericana. Nace en el Pueblo Vado Grande (Frontera con el Ecuador) y concluye en Desaguadero. Vincula Piura, Cajamarca, La Libertad, Ancash, Huanuco, Pasco, Junín, Huancavelica, Ayacucho, Apurimac, Cusco, Arequipa y Puno. Con sus bifurcaciones tiene casi 3,000 Km de longitud. La Carretera Marginal de la Selva.- Llamada realmente Carretera Boliviana Marginal de la Selva porque su concepción integral debe unir Venezuela, Colombia, Ecuador, Perú, Bolivia y Paraguay. Es un proyecto internacional que permitirá la integridad socio – económico de los pueblos de América latina. Su finalidad es incorporar a su zona de influencia inmensas áreas de fértiles tierras de gran potencial económico; creando el mismo tiempo centros de colonización. La Marginal de la selva en su totalidad, constituye una vía continua desde la ciudad de Maracaibo (Venezuela) hasta la ciudad de Asunción en Paraguay; con una longitud total de 8,014 Km., distribuidos en la forma siguiente:

PAIS LONGITUD (Km)

Venezuela Colombia Ecuador PERU Bolivia Paraguay

680.00 1,455.00

938.00 2,525.00 1,643.00

773.00 Total: 8,014.00 Kms.

En lo que al Perú se refiere, la Marginal de la Selva, recorrerá la Caja de Selva al este de la Cordillera de los Andes entre los 400 y 1,800 m. sobre el nivel del mar, vinculado a los valles de los ríos: Marañón, Huallaga, Apurímac, Urubamba y Madre de Dios.

b) Carreteras Transversales:

De las dos vías troncales casi paralelas, la Panamericana de la Costa y la Longitudinal de la Sierra, se desprenden ya partiendo de ellas en ángulo recto hacia el oriente, no menos de 17 carreteras transversales que completarían la red Vial de Carreteras. Estas vías transversales casi en su totalidad deben unirse con la Carretera Marginal de la Selva. Se caracterizan porque se originan en los puertos marítimos y tienen su punto final en un puerto fluvial, en general cerca de algún sector de nuestra frontera. Gran parte de ellas se convierten en bioceánicas porque al llegar al puerto fluvial se hacen navegables a través del río Amazonas para llegar hasta el Atlántico. Las carreteras transversales también forman entre la Marginal de la Selva y la Carretera Panamericana, anillos viales que fomentan la interconexión en forma casi concéntrica para que en caso de interrupciones de uno de los tramos, se pueda salir por el otro anillo, lo que facilita el acceso a cualquier región del país. Sirve también de apoyo a los



sectores productivos además de tener un valor estratégico para garantizar la integración y seguridad nacional. Entre las Carreteras Transversales más importantes tenemos: Olmos – Pucará, Pacasmayo – Cajamarca, Trujillo – Huamachuco, Chimbote – Huallanca, Casma – Huaraz, Pativilca – Huaraz, Lima – Canta, Lima – La Oroya, Cañete – Yauyos, Nazca – Abancay, Mollendo-Arequipa-Puno, Moquegua-Puno y Tacna-Ilave. En las vías de la Red Vial Nacional el código de ruta está conformado por un número del 1 al 99. Los números impares corresponden a rutas longitudinales (norte-sur) y los números pares corresponden a las rutas transversales (oeste-este). El código de ruta va colocado dentro de un símbolo en forma de “escudo”:

2. Red Departamental.- Está conformada por carreteras que constituyen la red vial

circunscrita a la zona de un departamento, uniendo las principales capitales de provincia de ese departamento. En las vías de cada Red Vial Regional o Departamental el código de ruta está conformado por el nombre del departamento, seguido de un número del 100 al 499 que identifica a la vía. El código de ruta va colocado dentro de un símbolo en forma de “insignia”:

3. Red Vecinal.- Llamada también Camino Rural, está constituida por caminos que comunican pueblos o caseríos pequeños.

En las Redes Viales Vecinales y Rurales el código de ruta está conformado por dos letras que identifican al código departamental, seguido de un número del 500 en adelante que identifica a la vía. El código de ruta va colocado dentro de un símbolo en forma de “círculo”:

Indicadores de Ruta

Fig. 4-4: Indicadores de Ruta 1.2.2. Carreteras según las características técnica s de su superficie de rodadura

a) Carretera Asfaltada: son aquellas que sobre la subrasante se ha construido ya totalmente el

pavimento. b) Carretera Afirmada: Son aquellas cuando sobre la subrasante se ha colocado ya una ó

varias capas de materiales granulares y es transitable en todo tiempo. Comúnmente se dice que una carretera está afirmada cuando está a nivel de Base. También se les llama carreteras revestidas.

c) Carretera sin Afirmar: Son aquellas cuando se ha construido la sección de proyecto hasta el

nivel de subrasante y su transitabilidad se limita solo a épocas secas. También se les llama Terracerías.

d) Trocha Carrozable: Son aquellas que se han construido con un mínimo movimiento de tierra

y permiten el paso de un solo vehículo, cuyos alineamientos horizontal y vertical se ajustan a las inflexiones del terreno. Este tipo de camino es el que se utiliza en la primera etapa de la construcción de una obra, para tener acceso a determinados frentes de trabajo, explotación de minas de producción, canteras de materiales, etc.



1.2.3. Esquema Vial de Carreteras.- Básicamente, en nuestro país se tiene una Red Vial con la longitud aproximada de 78,554 Km (Ver Cuadro Nº 1-1),

CUADRO: 1-1

PERU: LONGITUD DE LA RED VIAL, SEGÚN TIPO DE SUPERFICIE DE RODAD URA

Y SISTEMA DE CARRETERA, AL – 2006 (Kilómetros)

SISTEMA DE RED VIAL

LONGITUD TOTAL

TIPO DE SUPERFICIE DE RODADURA ASFALTADA AFIRMADA SIN AFIRMAR TROCHA

Km. Km. Km. Km. Km. RED VIAL NACIONAL 17,095 8,857 7,184 912 141 RED VIAL DEPARTAMENTAL 14,596 1,240 5,137 5,060 3,159 RED VIAL VECINAL 46,864 976 4,776 8,055 33,056 TOTAL 78,554 11,074 17,097 14,028 36,356

Fuente: Ministerio de Transportes y comunicaciones – Junio 2006

Red Vial Regional : La situación actual de la red vial en Ancash es: La infraestructura vial en mejores condiciones esta emplazada principalmente en el Sub espacio costero del departamento así como en el callejón de la Huaylas tanto en condición asfaltada como revestida, mientras que la red vial en la zona de Conchucos tiene muchos problemas de transitabilidad por que en su mayoría la superficie de rodadura no esta revestida o es trocha carrozable. El Plan vial Nacional, reconoce cinco rutas nacionales que atraviesan el departamento de Ancash, 02 Longitudinales: La Panamericana (1-N) y la Longitudinal de la Sierra (3-N); y 03 transversales: La ruta Santa – Pte. COMARU (12-N), la Ruta Casma – Huaraz (14A-N), y la Ruta Pativilca-Conococha (14-N). El Ministerio de Transportes ha identificado 07 rutas de nivel departamental, 05 transversales: La Ruta 100-AN, Pte. Quiróz-Tauca; la Ruta 102-AN, Chimbote-Huaylas-San Diego; La Ruta 104-AN, Nepeña-Pamparomás-Caraz; La Ruta 106-AN, Huayto-Tumac; y la Ruta 108-AN, Huarmey-Aija-Recuay. 02 rutas son Longitudinales y se emplazan en el sub-espacio Andino: la Ruta 103-AN, Pte Pomachaca – Pasacancha y la ruta 105-AN, entre Catac y Llamelín,

CUADR0: 1-2 ANCASH: LONGITUD DE LA RED VIAL, SEGÚN TIPO DE SUPERFICIE DE ROD ADURA

Y SISTEMA DE CARRETERA AL – 2004 (Kilómetros)

SISTEMA DE RED VIAL

LONGITUD TOTAL

TIPO DE SUPERFICIE DE RODADURA ASFALTADA AFIRMADA SIN AFIRMAR TROCHA

Km. Km. Km. Km. Km. RED VIAL NACIONAL 1,280.92 542.4 629.92 108.6 0 RED VIAL DEPARTAMENTAL 1,066.55 42.08 327.8 520.97 176 RED VIAL VECINAL 2,589.96 23.6 360.51 1,595.06 1,240.06 TOTAL 4,937.43 608.08 1318.23 1,595.06 1,416.06

Fuente: Ministerio de Transportes y comunicaciones – Junio 2006



Fig. 5-5: Red Vial Del Perú (Rutas Nacionales)

RED VIAL DEL PERU RUTAS NACIONALES


INGº OSCAR FREDY ALVA VILLACORTA: FIC


INGº OSCAR FREDY ALVA VILLACORTA: FIC-UNASAM

Fig. 6-6: Circuitos Viales

CIRCUITOS VIALES

Apuntes de: CAMINOS - I

Pag. I - 9



Fig. 1-7: Rutas Interoceánicas

RUTAS INTEROCEANCIAS



Fig. 1-8: Red Vial de Ancash

MAPA VIAL DE ANCASH



Fig.1-9: Red Vial Básica de Ancash

Chimbote

LLamellin

Aija

Ocros

Chiquian

San Luis

Chacas

Cabana

Sihuas

Pomabamba

Huari

Caraz

Huaraz

Huarmey

Casma

Piscobamba

Yungay

Carhuaz

Corongo

PERU ANCASH

1 N

PERU ANCASH

1 N

PERU ANCASH

14 N

PERU ANCASH

3 N

PERU ANCASH

12 N

PERU ANCASH

12 N

PERU ANCASH

14-AN

PERU ANCASH

3 N

PERU ANCASH

3 N

ANCASH

103

ANCASH

105

ANCASH

100

ANCASH

110

ANCASH

112

RED VIAL BASICA DE ANCASH



1.3. CLASIFICACIÓN DE LAS CARRETERAS: CLASIFICACION DE LA RED VIAL EN EL ÁMBITO NACIONAL Según el manual de Diseño Geométrico de Carreteras (DG 2001), se clasifica la Red Vial Nacional según su función, de acuerdo a la demanda o según sus condiciones orográficas, es así que:

a) Según su función , la Red Vial Nacional se clasifica en tres grandes Rubros:

1. Red Vial Primaria o Sistema Nacional , que esta conformada por carreteras que unen las

principales ciudades de la nación con puertos y fronteras; 2. Red Vial Secundaria o Sistema Departamental , que esta constituida por la red vial

circunscrita principalmente en la zona de un departamento, división política de la nación o en zonas de influencia económica, estas constituyen las carreteras troncales departamentales;

3. Red Vial Terciaria Local o Sistema Vecinal , que esta compuesta por caminos troncales vecinales que unen pequeñas poblaciones. Caminos rurales alimentadores, uniendo aldeas y pequeños asentamientos poblaciones.

b) De acuerdo a la Demanda , tenemos:

1. Autopistas (AP) , carreteras con un IMDA(*) superior a 4000 veh/día, de calzadas separadas, con uno o más carriles, con control total de accesos (ingreso y salida) que proporcionan flujo vehicular completamente continuo.

2. Carreteras Duales o multicarril (MC) , carreteras con un IMDA superior a 4000 veh/día, de calzadas separadas, con uno, dos o más carriles; con control parcial de accesos.

3. Carreteras de 1ra Clase , son aquellas con un IMDA entre 4000 a 2001 veh/dia de una calzada de dos carriles (DC)

4. Carreteras de 2da Clase , son aquellas de una calzada de dos carriles (DC) que soportan un IMDA de 2000 a 401 veh/día.

5. Carreteras de 3ra Clase , son aquellas de una calzada que soportan un IMDA menor a 400 veh/día.

El diseño de caminos del sistema vecinal < 200 veh/día se rigen por las Normas emitidas por el MTC para dicho fin.

6. Trochas carrozables , es la categoría mas baja de camino transitable para vehículos automotores, construido con un mínimo movimiento de tierras, que permite el paso de un solo vehículo.

(*) INDICE MEDIO DIARIO ANUAL (IMDA).- volumen de tránsito promedio ocurrido en un periodo de 24 horas promedio del año.

c) Según sus condiciones Orográficas , se subdividen en cuatro

1. Tipo 1 , permite a los vehículos pesados mantener aproximadamente la misma velocidad que los vehículos ligeros. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, es menor o igual a 10%

2. Tipo 2 , es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a reducir velocidades significativamente por debajo de las de los vehículos de pasajeros, sin ocasionar el que aquellos operen a velocidades sostenidas en rampa por un intervalo de tiempo largo. La inclinación transversal del terreno normal al eje de la vía, varía entre 10 y 50%.

3. Tipo 3 , es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a reducir a velocidad sostenida en rampa durante distancias considerables o a intervalos frecuentes. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, varía entre 50 y 100%.

4. Tipo 4 , es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a operar a menores velocidades sostenidas en rampa que aquellas a las que operan en terreno montañoso, para distancias significativas o a intervalos muy frecuentes. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, es mayor de 100%.



Relación entre Clasificaciones El primer paso en el proceso de diseño es definir la función de la vía. El nivel de servicio requerido para cumplir esta función según el volumen previsto y la composición del transito dan al proyectista una base racional para la elección de la Velocidad de Diseño y los criterios geométricos. Es así que, la relación entre las clasificaciones es el factor importante d entro del diseño geométrico de la vía. (En el cuadro Nº 1-3 se muestra la Tabla 104.01 – DG 2001)

CUADRO: 1-3

CLASIFICACIÓN SUPERIOR PRIMERA CLASE SEGUNDA CLASE TERCERA CLASE

Trafico veh/día (1) > 4000 4000 – 2001 2000-400 < 400 Características AP (2) MC DC DC DC Orografía tipo 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Velocidad de diseño 30 KPH

40 KPH

50 KPH

60 KPH

70 KPH

80 KPH

90 KPH

100 KPH

110 KPH

120 KPH

130 KPH

140 KPH

150 KPH

AP : Autopista NOTA 2: En caso de que una vía clasifique como carretera de la 1ra. Clase y a pesar de ello se desee diseñar una vía multicarril, las características de ésta se deberán adecuar al orden superior inmediato. Igualmente si es una vía dual y se desea diseñar una autopista, se deberán utilizar los requerimientos mínimos del orden superior inmediato.

MC : Carretera Multicarril o Dual (dos calzadas)

DC : Carretera De Dos Carriles

: Rango de Selección de Velocidad

NOTA 1: En zona tipo 3 y/o 4, donde exista espacio suficiente y se justifique por demanda la construcción de una autopista, puede realizarse con calzadas a diferente nivel asegurándose que ambas calzadas tengan las características de dicha clasificación.

NOTA 3: Los casos no contemplados en la presente clasificación, serán justificados de acuerdo con lo que disponga el MTC y sus características serán definidas por dicha entidad.

Tabla 104.01 – DG 2001: Clasificación de la Red via l peruana y su relación con la velocidad del diseño .

Merece un especial comentario la clasificación de Caminos No Pavimentados de Bajo Volumen de tránsito , en tanto que no está contemplado en las Normas DG-2001, sin embargo es necesario introducirla para cubrir la gama de necesidades que existe para el tráfico de bajo volumen. Clasificación de caminos y tipo de obra considerado s en el manual El manual se aplica para el diseño de caminos con superficie de rodadura de material granular; según respondan a la clasificación que se establece en el Manual DG-2001, como sigue: Clasificación por su función:

a. Carreteras del sistema Nacional, correspondientes a las rutas Nacionales b. Carreteras del sistema Departamental c. Caminos Troncales y vecinales; y d. Caminos rurales alimentadores



Clasificación por el Tipo de Relieve y Clima Carreteras en terrenos planos, ondulados, accidentados y muy poco accidentados, se ubican indistintamente en la Costa (poco lluviosa), Sierra (lluvia moderada) y Selva (muy lluviosa).

Tipo de obra por Ejecutarse

a. Mantenimiento Rutinario. b. Mantenimiento periódico c. Rehabilitación d. Mejoramiento e. Nueva construcción.

El siguiente cuadro 1-4 muestra las características básicas para la superficie de rodadura de los caminos de bajo volumen de tránsito.

CUADRO: 1-4, Del Manual de Caminos No Pavimentados de Bajo Volumen de tránsito



1.4. EL VEHÍCULO DE TRANSPORTE Vehículo.- Medio capaz de desplazamiento pudiendo ser motorizado o no, que sirve para transportar personas o mercancías. Entre el vehículo y la carretera como conductora del tránsito, se observa una estrecha dependencia, ya que el constante perfeccionamiento y las continuas variaciones del vehículo han exigido, paralelamente, modificaciones y mejoras en carreteras. El vehículo y su influencia en la carretera. La función básica de la carretera es la de servir al tránsito, por lo tanto, ésta debe tener condiciones que permita la circulación del vehículo con la “máxima seguridad, economía y eficacia”; para ello debe satisfacer condiciones técnicas, tales como: • Un buen trazo en planta y perfil y una sección transversal apropiada de manera que los vehículos

puedan salvar económicamente sus pendientes y pasar sus curvas con una seguridad completa. • La superficie de la carretera deberá tener la resistencia apropiada para no deteriorarse bajo la

acción de los vehículos. Todo ello obliga a estudiar al vehículo en dos aspectos:

� De su condición de marcha: Es la que determina que el trazado y las secciones de la carretera

deberán cumplir. � De su acción sobre el pavimento: Que servirá para fijar las condiciones de resistencia de éste.

El Usuario de la Carretera. El conjunto de los diferentes tipos de vehículos y los peatones constituyen el tráfico que la vía a de servir. El vehículo automotor constituye el usuario fundamental de la carretera. Desde el punto de vista del Proyecto de la carretera, tiene importancia las siguientes características de los vehículos: 1. Dimensiones de los diferentes tipos de vehículos: Por el espacio que ocupan. 2. Su manejabilidad: radios de giro mínimos para que puedan inscribirse en las curvas. 3. Su peso: Por la acción destructiva que producen en el pavimento. Características del Vehículo. El vehículo de tracción mecánica es accionado por un motor que puede ser a gasolina, petróleo, o a gas de un gasógeno de carbón vegetal, mineral o acetileno. Básicamente, el vehículo tiene las siguientes partes: chasis, motor, embrague, caja de cambios, cardanes y eje propulsor, diferencial, dirección, etc. 1.4.1. Vehículos permisibles en las carreteras de l a Red Vial Nacional

En nuestro país contamos con un “Reglamento Nacional de Vehículos” , el mismo que fue aprobado por Decreto Supremo N° 058-2003-MTC del 12 de octubre de 2003, con el objeto de establecer los requisitos y características técnicas que deben cumplir los vehículos, para que ingresen, se registren, transiten, operen y se retiren del Sistema Nacional de Transporte Terrestre. Los requisitos y características técnicas establecidas en el reglamento están orientados a la protección y seguridad de las personas, los usuarios del transporte y del tránsito terrestre, así como la protección del medio ambiente y el resguardo de la infraestructura vial. La Fig. 1-13, ilustra todos los tipos de vehículos y combinaciones de ellos, con sus pesos y medidas máximas permitidas para circular en la Red Vial Nacional. Definición de los vehículos La Fig. 1-10 muestra las definiciones de los vehículos y ejemplos gráficos de estos.



Automóvil: Vehículo automotor Libre de propulsión propia para el transporte de no más de 8 personas. Están comprendidos en esta clasificación los automóviles, jeeps y camionetas.

Camión .- Vehículo automotor, destinado exclusivamente para el transporte de mercancías con un peso bruto vehicular mayor o igual a 4000 kg. Puede incluir una carrocería o estructura portante.

Ómnibus: Vehículo automotor construido y destinado para el trasporte de pasajeros con más de 17 asientos, con una capacidad de carga útil de mas de 1,000 Kg. y que puede tener compartimiento para equipajes.

Tractor – Camión ó Remolcador: Vehículo automotor utilizado para remolcar otros vehículos, no trasportando carga por sí, a excepción de la parte de peso y carga del vehículo remolcado.

Semiremolque: Vehículo sin motor y sin eje delantero, que se apoya en el remolcador, transmitiéndole parte de su peso bruto.

Remolque: Vehículo sin motor que es jalado por un vehículo motorizado, de tal forma que ninguna parte de su peso descanse sobre el vehículo remolcador.

Combinación de Tractor y Semiremolque: Conjunto de vehículos constituidos por un remolcador ó tractor – camión y un remolque.

Fig. 1-10: Definición de los Vehículos



Simbología de los vehículos Ap = Automóviles para pasajeros Ac = Vehículos pequeños para carga B = Ómnibus B2 = Ómnibus de 2 ejes B3 = Ómnibus de 3 ejes B4 = Ómnibus de 4 ejes BA = Ómnibus Articulados C = Camión C2 = Camión de 2 ejes C3 = Camión de 3 ejes C4 = Camión de 4 ejes T = Tractor – Camión o Remolcador T2 = Tractor – Camión o Remolcador de 2 ejes T3 = Tractor – Camión o Remolcador de 3 ejes

S = Semi – Remolque S1 = Semi – Remolque de 1 eje S2 = Semi – Remolque de 2 ejes S3 = Semi – remolque de 3 ejes R = Remolque R2 = Remolque de 2 ejes R3 = Remolque de 3 ejes R4 = Remolque de 4 ejes RB = Remolque balanceado RB1 = Remolque balanceado de 1 eje RB2 = Remolque balanceado de 2 ejes RB3 = Remolque balanceado de 3 ejes

Las combinaciones de Tractor – camión con Semi-Remolque u Remolque: se simbolizan separados por un guión. Por ejemplo. T3 – S2; C3 – R2, etc. 1.4.2. Cargas de diseño

La carga viva es un parámetro de vital importancia para el diseño, evaluación y refuerzo de las carreteras y de los puentes; para el efecto es necesario diferenciar las siguientes cargas: a) Cargas Reales: Son las que circulan por la carretera y en general son de magnitud y distribución

muy variada, puede ser un camión volvo con 27 Tn, o un trailer con cemento con un peso total de 58 Tn, en solamente dos ejes, o excepcionalmente un vehículo militar de 90 Ton de peso total.

b) Cargas Máximas Legales: Son las que están autorizadas a circular por las carreteras del Sistema Nacional de Transporte Terrestre. En nuestro país esto esta establecido en el “Reglamento Nacional de Vehículos”

c) Cargas vivas de diseño: Son las cargas que se utilizan para el diseño estructural de la carretera. En vista de amplio espectro de tipos de vehículos que pueden circular por la carretera, la carga viva de diseño se determina por procedimientos estadísticos y con la teoría de las probabilidades. En nuestro país se utiliza la carga viva de las especificaciones de la AASHTO (American Association of state higway and transportation officials).

Cargas de Diseño de AASHTO. Para el diseño de carreteras y puentes, la AASHTO recomienda las cargas correspondientes a los trenes de tipo norteamericano: H y HS. H10-44, Vehículo que pesa 10 Tn. H15-44, Vehículo que pesa 15 Tn. H20-44, Vehículo que pesa 20 Tn. H15 – S12 -44, Vehículo que pesa 27 Tn. H20 – S16 -44, Vehículo que pesa 36 Tn. Donde la H denota camiones de carreteras (Highway truck). La S denota el semitrailer remolcado por el tractor. El número 44 indica el año en el que se adoptó la norma de carga. En la fig. 1-11, se indica la distribución de las cargas por eje en cada uno de estos vehículos

1.4.3. Pesos y capacidad de carga de los vehículos.

Para efecto de aplicación de las Normas, se consideran las siguientes definiciones:

� Capacidad de carga .- Carga máxima permitida que puede transportar un vehículo sin que exceda el Peso Bruto Vehicular simple o combinado.



� Peso neto (Tara).- Peso del vehículo en orden de marcha, sin incluir la carga o pasajeros (incluye el peso del combustible con los tanques llenos, herramientas y rueda(s) de repuesto).

� Peso bruto vehicular (PBV).- Peso neto (Tara) del vehículo más la capacidad de carga. � Peso bruto vehicular combinado (PBVC).- Peso bruto vehicular de la combinación camión

más remolque(s) o tracto-camión más semirremolque(s). � Peso máximo por eje(s).- Peso Legal o admisible, es la carga máxima por eje o conjunto

de ejes permitido. � Peso por eje(s) .- Es la carga transmitida al pavimento por los ejes o conjunto de ejes de un

vehículo.

Fig. 1-11: Distribución de las cargas en los vehícu los H y HS -AASTHO



1.4.4. Ejes de Vehículo.

El Eje, es el elemento mecánico que sirve de soporte del vehículo, aloja a las ruedas y permite la movilidad del mismo. Puede ser:

a) Eje Simple: Conformado por dos llantas cuando se trata de eje delantero de 7 Tn. y de

cuatro llantas cuando es eje posterior; donde el peso admisible es de 11 Tn.

b) Eje Doble o Tándem: Es el conjunto de dos ejes en el que la distancia entre sus centros es superior a 1.20 m e inferior de 2,40 m. Las separaciones que se encuentran fuera de los límites mencionados serán considerados como ejes simples. El peso admisible es de 16 Tn para 6 llantas y 18 Tn para 8 neumáticos.

c) Eje Triple o Tridem: Es el conjunto de tres ejes en el que la distancia entre centros de los

extremos es superior a 2.40 m e inferior a 3.60 m. Las separaciones que se encuentran fuera de los límites mencionados serán considerados como ejes simples. El peso admisible es de 23 Tn para 10 llantas y 25 Tn para 12 llantas.

1.4.5. Pesos Máximos por Eje o Conjunto de Ejes.

Los pesos máximos por eje independiente o grupos de ejes se indican en el cuadro 1.5

Fig.1-12: Tipo de ejes de vehículos y los correspon dientes pesos admisible En la fig. 1-13 se detalla los pesos máximos por eje o conjunto de ejes de los diferentes tipos de vehículos establecido en el reglamento Nacional de vehículos.



Fig. 1-13: PESOS Y MEDIDAS MAXIMAS PERMISIBLES (Anexo IV del reglamento Nacional de Vehículos)



1.5. VEHÍCULOS DE DISEÑO Sobre los vehículos de diseño el DG-2001 refiere lo siguiente: 1.5.1. Características generales

Las características de los vehículos, además de condicionar los aspectos referidos en la norma, a través del peso bruto admisible, conjugado con la configuración de los ejes, influyen en las dimensiones del pavimento. Al seleccionar el vehículo de diseño hay que tomar en cuenta la composición del tráfico que utiliza o utilizará la vía. Normalmente, hay una participación suficiente de vehículos pesados para condicionar las características del proyecto de carretera. Por consiguiente, el vehículo de diseño normal será el vehículo comercial rígido (camiones y/o omnibus). Al mismo tiempo, la selección del vehículo de diseño para una determinada carretera no debe basarse solamente en el número de vehículos de cada clase que utilizará la vía, sino también en la naturaleza del elemento de diseño. Por ejemplo, el gálibo vertical mínimo será establecido en función de los vehículos de mayor altura legal. 1.5.2. Dimensiones vehículos ligeros

La longitud y el ancho de los vehículos ligeros no controlan el diseño, salvo que se trate de una vía en que no circulan camiones, situación poco probable en el diseño de carreteras rurales. A modo de referencia se citan las dimensiones representativas de vehículos de origen norteamericano, en general mayores que las del resto de los fabricantes de automóviles: Ancho: 2,10 m. Largo: 5,80 m. Para el cálculo de distancias de visibilidad de parada y de adelantamiento, se requiere definir diversas alturas, asociadas a los vehículos ligeros, que cubran las situaciones más favorables en cuanto a visibilidad. H : Altura faros delanteros: 0,60 m. h1 : Altura ojos del conductor: 1,07 m. h2 : Altura obstáculo fijo en la carretera: 0,15 m. h3 : Corresponde a altura de ojos de un conductor de camión o bus, necesaria para verificación de visibilidad en curvas verticales cóncavas bajo estructuras (2,50 m). h4 : Altura luces traseras de un automóvil o menor altura perceptible de carrocería: 0,45 m. h5 : Altura del techo de un automóvil : 1,30 m. 1.5.3. Dimensiones de vehículos pesados Las dimensiones Máximas de los Vehículos a emplear en el diseño geométrico serán las establecidas en el Reglamento Nacional de Vehículos. El Cuadro 1-6, muestra la Tabla 202.01 del DG-2001, que resumen los datos básicos de los vehículos de diseño.

Cuadro 1.5. Tabla 202.01 DG-2001: Datos Básicos de los vehículos de diseño.



1.5.4. Giro mínimo vehículos tipo

El espacio mínimo absoluto para ejecutar un giro de 180º en el sentido del movimiento de las agujas del reloj, queda definido por la trayectoria que sigue la rueda delantera izquierda del vehículo (trayectoria exterior) y por la rueda trasera derecha (trayectoria interior). Además de la trayectoria exterior, debe considerarse el espacio libre requerido por la sección en volado que existe entre el primer eje y el parachoques, o elemento más sobresaliente. La trayectoria exterior queda determinada por el radio de giro mínimo propio del vehículo y es una característica de fabricación. La trayectoria interior depende de la trayectoria exterior, del ancho del vehículo, de la distancia entre el primer y último eje y de la circunstancia que estos ejes pertenecen a un camión del tipo unidad rígida o semirremolque articulado. La Figura 1-15, muestra las Figuras 202.01, 202.02, 202.03, 202.04, 202.05 y 202.06 del DG-2001 se ilustran las trayectorias mínimas obtenidas para los vehículos de diseño con las dimensiones máximas establecidas en el Reglamento de Peso y Dimensión Vehicular.



Fig. 1-15: GIRO MINIMO DE VEHICULOS TIPO: Figuras 202.01, 202.02, 202.03, 202.04, 202.05 y 202.06 del DG-2001

GIRO MINIMO PARA VEHICULOS LIGEROS (VL) GIRO MINIMO PARA VEHICULOS B2 – C2 GIRO MINIMO PARA VEHICULOS B3 O C3

GIRO MINIMO PARA VEHICULOS T2S2 GIRO MINIMO PARA VEHICULOS T3S2 GIRO MINIMO PARA VEHICULOS C2-R3



1.6. CALCULOS PARA VEHÍCULOS

1.6.1. Calculo de la Carga por Eje de un Camión o remolque.

Cuando se carga un camión o un remolque la carga se distribuye entre los ejes en proporciones determinadas, las que pueden ser calculadas; para ello se necesitan conocer tres datos. 1.- El peso propio del vehículo en cada eje (WD y WT) 2.- El peso de la carga útil (WC): y 3.- La distancia entre los ejes y la del centro de la carga útil hasta cada eje. (A, B Y C)

PRIMER CASO: De un camión con uno o dos ejes poster iores.

Fig. 1-14. Cargas en los Ejes de un Camión.

Luego:

Peso Total sobre el Eje Delantero = WD + Carga útil sobre el Eje Delantero Peso Total sobre el Eje Trasero = WT + Carga útil sobre el Eje trasero

Ejemplo: Peso del camión vacío: Eje delantero = 1,365 Kg. Eje trasero = 2,270 Kg. Carga útil = 2,730 Kg. Distancias: A = 432 cm. B = 48 cm. C = 480 cm. Solución: Carga útil sobre el eje trasero: 432 / 480 x 2,730 = 2,457 Kg. Carga útil sobre el eje delantero: 48 / 480 x 2,730 = 273 Kg. Entonces tenemos: Peso total sobre el eje trasero: 2,270 + 2,457 = 4,727 Kg. Peso total sobre el eje delantero: 1,365 + 273 = 1,638 Kg.

CWCA

Trasero eje el sobre útil Carga ×= CWCB

Delantero eje el sobre útil Carga ×=



CWca

remolque-Semi del Trasero eje el sobre útil Carga ×=

CS Wcb

W Apoyode punto el sobre útil Carga ×==

SWCA

Trasero eje el sobre útil Carga ×= SWCB

Delantero eje el sobre útil Carga ×=

SEGUNDO CASO: de un Tracto – Camión con Semi – remo lque.

Fig. 1-15. Cargas en los Ejes de un Tractor – Cami ón con Semi-Remolque Primero se calcula la carga útil que transmite el semirremolque al punto de apoyo Luego las cargas en el Tracto-Camión Finalmente el Peso Total en cada eje del Tracto Camión, como en el caso anterior. Ejemplo:

Peso en el eje del semi – remolque vacío: 2,730 Kg. Peso en el punto de apoyo: 2000 Kg Distancia: a = b = 280 cm., c = 560 cm. Carga útil: 9,100 Kg. La carga útil sobre el eje del semi – remolque es: 280 x 560 / 9,100 = 4550 Kg. El peso total sobre el eje del semi – remolque es: 2,730 + 4,550 = 7,280 Kg. Como a = b, la carga útil sobre el punto de apoyo será de 4,550+2,000=6,550 Kg. 2.- Cálculo de las cargas en el Tracto - Camión: Peso del camión tractor vacío:

Eje delantero = 2,270 Kg.



Eje trasero = 3,180 Kg. Carga útil calculada = 6,550 Kg. Distancia A = 355.60 cm. Distancia B = 50.80 cm. Distancia C = 406.40 cm. La carga útil sobre el eje Trasero del Tracto-Camión es:355.60 x 6,550.00 / 406.40 = 5,731.25 Kg. El peso total sobre el eje posterior del camión tractor será: 7,731.25 + 3180.00 = 8,911.25 Kg. La carga útil sobre el eje delantero es: 50.80 x 6,550.00 / 406.40 = 818.75 Kg. La carga total sobre el eje delantero del camión tractor es de: 818.75 + 2,270.00 = 3088.75 Kg.

TERCER CASO: de un Tracto – Camión con Remolque. Los Remolques se calculan lo mismo que los camiones, estimándose que la carga útil gravita sobre el centro de los ejes del remolque. 1.6.2. Distribución de la carga en el vehículo. Cuando se carga un vehículo, la posición y distribución del peso en la plataforma tiene una gran influencia sobre la duración de los neumáticos, la marcha del vehículo y el desgaste del pavimento de la carretera. El hecho de que el vehículo no se haya cargado más allá de su carga no implica que éste no esté sobrecargado. La sobre carga puede ser causada por la mala distribución del peso. Las llantas que están a un lado se desgastan más cuando la carga está gravitando sobre ese lado; las cargas tales como madera, tubería, etc., que se extienden más allá del extremo posterior de la carrocería causan sobrecarga de las ruedas y el eje trasero. Lo mismo puede decirse de la máquina misma, no obstante bien distribuida la carga, la máquina se ve obligada a esfuerzos anormales; la transmisión y dirección sufren y estos esfuerzos se acentúan al circular en pendientes y curvas. La carretera misma se ve sometida a esfuerzos excéntricos cuando la carga está mal distribuida y a desgastes desiguales en las curvas y pendientes.

MAL BIEN

MAL BIEN

MAL

BIEN

MAL BIEN

Fig. 1-16. Distribución de la carga en el Vehículo



f0 WW W −=

−−=167.10305

1 W 0

HW

VKW ××= 270

E

9000NCN'SP

W0

××××=

1.6.3. Fórmulas para los vehículos POTENCIA: Depende del estado de la máquina. 1) Potencia Indicada (W o)

Donde: Wo : Es lo desarrollado en los cilindros a nivel del mar (Caballos o HP) P : Presión media en los cilindros en (Kg/cm2) S : Superficie del émbolo (cm2) N’ : Número de cilindros C : Carrera del émbolo (m). N : N° de revoluciones del árbol metro (R.P.M)

2) Potencia Útil (W o): Es la potencia aprovechable del motor.

Donde: Wf : Potencia absorbida por fricción.

Wo : Potencia indicada

También la potencia útil se calcula como sigue: Donde:

Wo : Potencia indicada f : (0.6 en otras marchas y 0.75 enganchado en directo)

Ejemplo: Calcular la potencia útil de un vehículo de las siguientes características: N’ = 4 P = 6.3 Kg/cm2 D = (Diámetro del émbolo) = 10.8 cm. C = 0.55 m. N = 1180 RPM W = 35.2 : 28.2 HP

Por otro lado la potencial útil del vehículo se ve afectada por la Temperatura y la altura siendo el más crítico la altura, así la potencia se verá reducida a:

Siendo H: altura (m.s.n.m.) Debido a la altura hay pérdida de potencia pues el enrarecimiento del aire hace que la mezcla explosiva que entre al motor no tenga la proporción necesaria de aire entonces la explosión se hace más débil reduciendo la potencia, este efecto se puede contrarrestar en parte regulando el motor, pero aún así nos vemos obligados a reducir las pendientes. También es posible contrarrestar el efecto de la altura dotando al motor de los vehículos de súper cargadores, como usan los aviones, pero son sistemas costosos que requieren adaptaciones espaciales en el motor que no vienen como equipo normal de los vehículos

ESFUERZO TRACTOR (E).- Es el esfuerzo necesario para que el vehículo avance con su carga. Es la medida del esfuerzo ejercido por las ruedas motrices en su punto de contacto con el suelo.

El valor del esfuerzo tractor se calcula con:

Donde:

0W W ×= f



φr = F / P

E = Esfuerzo tractor (kg) W = Potencia de la máquina (Del fabricante corregida), Potencia útil en HP K =Coeficiente de corrección depende de las condiciones de la máquina y su valor varía entre: 0.8 < K < 0.9 V = Velocidad (Km/h) 1.6.4. EL MOVIMIENTO DE LOS VEHÍCULOS:

COEFICIENTES DE FRICCION: Durante el movimiento de un vehículo se deben considerar dos coeficientes de Fricción. Así:

a) Coeficiente de Adherencia : Es una constante física que depende de las superficies en

contacto. Su valor se determina como sigue:

Si entre dos cuerpos A y B en contacto (sobre un plano horizontal) actúa una fuerza P vertical y una fuerza F horizontal, se hace aumentar F hasta que el cuerpo A se desplace sobre B, entonces:

F = (φa) x p, Así:

Si F ≤ (φa ) x p, A no se mueve sobre B Si F > (φa) x p, A se mueve sobre B φa, es el coeficiente de adherencia, a éste parámetro en física se le conoce como el coeficiente de fricción estático. b) Coeficiente de Rozamiento por Rotación : Tiene le mismo significado que φa, pero a

diferencia de ésta, su valor se mide cuando se ha iniciado el movimiento: Representa la relación entre la fuerza horizontal (F) que determina el movimiento y la fuerza vertical (P) que aplica la rueda al pavimento.

El valor del coeficiente de rotación (φr) es una función muy compleja de las características físicas de las dos superficies en contacto de la velocidad relativa entre los cuerpos, que es diferente según se mida en la dirección del movimiento ó transversalmente a ella.

φr es igual a:

El coeficiente φr es el que determina el movimiento de la rueda como se indica en la figura:

Si la fuerza F se aumenta, sólo se aumentará el deslizamiento; entonces el vehículo patinará. Lo que sucede cuando un vehículo que circula sobre un firme malo (φr bajo) y quiere acelerar, la máquina patina.

Mediante estudios se ha demostrado que: 1. Al aumentar la velocidad φr disminuye. 2. El coeficiente transversal es mayor que el coeficiente longitudinal. 3. El agua no siempre hace decrecer al coeficiente, sino mas bien para algunos firmes lo

aumenta. 4. El menor valor del coeficiente no corresponde a las superficies más lisas, así por ejemplo

los firmes bituminosos no necesariamente son los más deslizantes. Para fines prácticos el coeficiente de rotación se simbolizará por φ.



RR = φ x P

Tipo de Pavimento φ

Hormigón Marga arcillosa Arena seca Arena mojada Márgen arcillosa mojada Grava Tierra firma Tierra Floja Hormigón de cemento Asfalto bituminoso

0.90 0.55 0.20 0.40 0.45 0.36 0.55 0.45

0.75 – 0.50 0.80 – 0.40

Cuadro 1-5 : Valores Típicos del Coeficiente de Rot ación Longitudinal

1.6.5. RESISTENCIA AL MOVIMIENTO:

Durante el movimiento del vehículo, se presentan factores que se oponen a ella. Así: Los firmes, el viento, las curvas, las pendientes, ofrecen resistencia; luego el vehículo está forzado a efectuar mayor esfuerzo tractor para poder movilizarse. Por lo tanto existe resistencia al movimiento por:

� Resistencia a la rodadura � Resistencia a la pendiente � Resistencia de la curva � Resistencia del aire

1) Resistencia a la Rodadura ( RR): Es la oposición que el firme ofrece al vehículo en su

movimiento, debido a la fricción de las ruedas sobre el firme.

Su valor depende esencialmente de cinco factores:

1. Velocidad del vehículo. 2. Presión y forma de las ruedas 3. Carga sobre los neumáticos. 4. Naturaleza de la superficie del camino 5. Pendiente del camino

Así por ejemplo se tienen las siguientes conclusiones: − En las mismas condiciones de firme y peso del vehículo, un aumento de la presión en los

neumáticos disminuye la resistencia a la rodadura. − En las mismas condiciones de vehículo, un mejoramiento del firme disminuye la resistencia

a la rodadura.

La resistencia a la rodadura se puede expresar como:

Donde: Re : Resistencia a la rodadura φ : Coeficiente que depende de ( 5 factores indicados anteriormente). P : Carga vertical La resistencia a la rodadura en la práctica se estima en kilómetros por tonelada de peso sobre las ruedas del vehículo. Valores promedios del coeficiente P para diferentes pavimentos se indican en la siguiente tabla.



Valores de la Resistencia a la Rodadura

Superficie de Rodadura Rr = φr (KgTn) Superficie de concreto: Estado excelente Estado Bueno Estado Malo

10 15 20

Superficie de Asfalto Estado Bueno Estado regular Estado Malo

12.0 17.0 22.0

Superficie de Macadam (afirmado con piedra chancada) Estado Bueno Estado Regular Estado Malo

15 22 35

Caminos de tierra firme con baches y surcos que ceden bajo el peso de la carga (2.5 cm o más)

50

Caminos de tierra el vehículo se hunde de 10 a 15 cm 75 Camino de arena suelta Camino fangoso

100 150 a más

Valor práctico para camino estabilizado, pavimentado, liso no cede al peso del vehículo

20

2) Resistencia a la Pendiente (R i).- Esta resistencia depende de la pendiente del camino, usualmente el ángulo de inclinación α es pequeña ya que a lo más excepcionalmente varía de 6 a 8%. Entonces de la figura

H /L’ = sen α = tan α F = P sen α = P tan α = Pi ; i = pendiente del cmino Si: i : % ; P: Tn Se tiene: Ri = 10 P i (Kg / Tn ) ó Ri = 10 Kg/Tn/1% de pendiente El signo ± se considera como sigue: + Si el vehículo sube - Si el vehículo baja Luego Ri será (+) ó (-)

3) Resistencia a la Curva (R c)

Se debe a que los planos de las ruedas en las curvas, no queden paralelos al de la marcha, sino que tomen cierta inclinación, inclinación que depende del ángulo en el centro de la curva. El incremento es despreciable, por ello se recomienda que su valor se debe tomar en cuenta cuando el radio de la curva es pequeña ( R < 10 mts) en las bucles. La resistencia a la curva se manifiesta en el costo de operación como un aumento de la longitud de la carretera. Así los coeficientes de incremento se dan de acuerdo a la longitud del radio en la siguiente tabla:

F = P(i / 100)(1000 Kg) = 10 P i = Ri



Radio (m) Coeficiente de incremento

Mas de 580 1.00 35 1.05 220 1.06 150 1.08 90 1.16 60 1.20 Menos de 60 1.22

4) Resistencia al Aire (R A). Viene dado por: Donde: S : Sección transversal del vehículo (m2) V : Velocidad del vehículo (Km/h) K : Coeficiente RA : Resistencia al aire (Kg).

Según la ecuación la RA es independiente del peso del vehículo. Para contrarrestar el efecto, se debe fabricar coches de formas aerodinámicas en las cuales la parte posterior del vehículo se adapte al vacío. El coeficiente K depende de la forma y de las dimensiones de vehículo y su valor fluctúa entre 0.005 < K < 0.006. El pequeño valor de K hace ver que el valor de RA se debe tomar en cuenta sólo para grandes velocidades. Para vehículos ligeros RA se puede expresar como: Así:

V(Km / h) RA = (Kg) 20 40 60 80 100

6 24 54 96 150

Finalmente la resistencia al movimiento se puede expresar como:

RA = K S V2

RA = 0.015 V2

RT = RR + Ri + RC + RA



VKW ××= 270

E

Ejemplo: Se tiene las siguientes características:

Del vehículo: Pb = 25 Tn (Peso Bruto) K = 0.85 V = 20Km/h, W = 200 HP 1 CV = 75 Kg-m/seg. Pa = 20 ton. (Peso sobre las ruedas motrices) RR = 25 Kg/ton

Del Camino: φ = 0.5, 0.6, 0.4 Pendiente = 4%

Se pide: 1. Determinar si el vehículo puede o no subir la pendiente. 2. Determinar si el vehículo patina o nó

Solución:

El Esfuerzo Tractor será:

E=270x200x0.85 / 20 = 2,295 Kg.

La Resistencia Total

RT = RR + Ri � RT = P RR + 10 P i � RT = Pb (φr + 10 i) P = Pb (Peso Bruto)

RT = 25 ( 25 + 10x4) = 1,625 Kg Como 1,625 Kg < 2,995 Kg sube y puede acelerar

Adherencia es suficiente Emax = φ x Pa = 0.5x20 = 10 Tn = 10,000 Kg >> 2,295 Kg Recordar: fF ≤ φ N Donde:

φ : Es coeficiente de rozamiento por rotación Pa : Peso del vehículo sobre las ruedas motrices.

El máximo esfuerzo E que podrá desarrollar la máquina sin que patine será: Emax = φ x Pa



Ejemplo 2: Para dos carreteras siguientes, determinar cual de las dos es la más económica, asumiendo que la economía se determina considerando el menor tiempo empleado en recorrelo Camino I Camino II Grafico Caminos de tierra afirmada. Circularán vehículos de las siguientes características: Pb (Con carga) = 25 ton Carga total sobre el vehículo (P) Pb (Sin carga) = 15 ton W = 200 HP Asumir K = 0.85 Velocidad máxima admisible = 50 Km/h Solución : Análisis del camino I. Se determinarán las velocidades de ida y regreso, para luego evaluar el tiempo empleado en recorrer el camino. Así: a) Viaje con carga (de ida): Pb = 25 Pa = 2/3 (25) = 16.7 ton. Usando las tablas 1 y 2, se determinan: φ= 0.55 y φ= Re = 50

La velocidad se determina con: Formula

Así la máxima velocidad se determina para un esfuerzo tractor que sea mínimo, y el esfuerzo tractor mínimo es el que vence por lo menos la resistencia al movimiento, entonces: Rt = Rr + Ri Formula: Luego: Formula

b) Viaje sin carga (de regreso): Siguiendo el proceso anterior: Formula Pero el vehículo puede tener una velocidad máxima de 50 Km/h. Luego: V2 = 50 Km/h

Suponiendo que estas velocidades sean constantes, la velocidad promedia se calcula con (curso de física):

Formula Finalmente el tiempo empleado es: Formula

Análisis del camino II: Se sigue los mismos pasos anteriores, pero en este caso el análisis se hará por tramos de pendientes iguales; Así:



a) Tramo de i = 5% Viaje de ida: Pa = 16.7 ton E Min = 25 (50 + 50) = 2,500 Kg. Formula φ Pa = 9,185 Kg > 2,500 Kg, no patina Viaje de vuelta: (Sin carga) Pa = 10 ton E Min = 15 (50 – 50) = 0 V2 = V Máx = 50 Km/h Vp = 26.86 Formula RESISTENCIA LA MOVIMIENTO DEBIDO A LAS CURVAS La resistencia a la curva se manifiesta en el costo de operación como un elemento de la longitud de la carretera. Así los coeficientes de incremento se dan de acuerdo a la longitud del radio en la tabla siguiente:

RADIO (m)

COEFICIENTE DE INCREMENTO

Más de 580 350 220 150 90 60

Menos de 60

1.00 1.05 1.06 1.08 1.16 1.20 1.22

Un ejemplo de aplicación se da en estudio de rutas del capítulo V. b) Tramo de i = 3% Viaje de ida: E Min = 25 (50 + 30) = 2,000 Kg. Formula φa = 9,185 Kg > 2,000 Kg no tatina Viaje de vuelta: E Min = 15 (50 – 30) = 300 Kg. Formula V2 = 50 Km/h Vp = 31.46 Km/h T2 = T1 + t2 = 21 Min, 1 Seg.

El tiempo empleado en el camino II es mayor, luego la carretera I es la más económica.

cap i - introduccion

Engineering

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