CONTROLES DE DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERAS

INTRODUCCIONEl trafico junto con la topografía ,geología y el uso de tierras , constituyen, los mayores controles para el diseño y para la localización de las carreteras en efecto ,los datos de trafico y las características de los vehículos son factores determinantes poción final de la vía para la selección del tipo de vía a diseñarse y gobiernan la ordenación de sus elementos geométricos como ancho de carril , alineamientos , pendientes , distancias de visibilidad, son controles de diseño. A la ves la topografía , geología y el uso de la tierra son factores determinantes ala selección dela ruta y ala localización final de la vía son controles de localización . En el calculo de toda estructura , es decir , previa determinación de las cargas que actúan en el calculo delos esfuerzos que producen esas cargas , se podría dimensionar los elementos para soportar esos esfuerzos. El volumen de trafico , expresado como el numero de vehículos que pasan por un punto dado dela via durante el periodo de tiempo determinado corresponde al concepto de carga de diseño las carreteras , estas cargas dinámicas y pueden ser de dos tipos : livianas o pesadas.

CRITERIOS DE SIMILITUD ENTRE UNA ESTRUCTURA Y UNA VIA

Diseño estructural diseño vial . Cargas de diseño volumen de trafico Esfuerzos permisibles velocidad de diseño Coeficiente de trabajo velocidad de circulación Modulo de sección capacidad de la via

CARACTERISTICAS DE LAS CORRIENTES DE TRAFICO GENERALIDADES : Siendo la capacidad de la carretera función de sus peculiaridades físicas y de las características de operación de trabajo q circule por ella , es importante conocer estas características, las cuales comprenden volúmenes de trafico, tendencias , variaciones en la velocidad y la interdependencia delas velocidades ,volúmenes y espaciamiento vehicular en relación a su efecto sobre la capacidad. En términos de flujo de trafico , se tiene flujo continuo y flujo discontinuo.

ELEMENTOS DE LAS CORRIENTES DE TRAFICO Las corrientes de trafico pueden ser definidas de distinta manera ,asi, cuantitativa mente por el volumen de trafico , dencidad y velocidad ,y cualitativa mente por el nivel de servicio.

VOLUMEN DE TRAFICO

Volumen de trafico es el numero de vehículos que passa por el tramo de una carrera , en un tiempo que puede ser el año ,dia , hora, y asi se tiene el volumen trafico anual ,diario , horario. Para conocer el volumen de trafico se realizan aforos y encuestas de origen y destino.

CARACTERISTICAS DEL VOLUMEN DE TRAFICO

En los estudios de carreteras, una de las unidades de medida del volumen de trafico mas usada es el promedio diario de volúmenes en un cierto tiempo . el promedio se determina dividiendo el volumen total registrado durante el periodo entre el numero de días de ese periodo. Estos volúmenes son importante , para los estudios de justificación de la ampliación de las vías , con medida de la demanda de servicio actual y en el diseño de los elementos estructurales de la carretera en los que se tiene en cuenta los efectos de la repetición de cargas.

PROGNOSIS DEL TRAFICO FUTURO

El diseño de nuevas carretas o el mejoramiento delas existentes no debe basarse sola mente en el volumen de trafico actual ,sino debe tomar en cuenta también los problemas de años futuros .se debe por tanto , realizar las previsiones necesarias al fin de estimar el trafico que soportara una carretera durante su vida útil.Para proyectar el trafico actual al trafico futuro se usan diversos métodos . en casi todos ellos se parte del trafico actual que existe en la red (volumen horario) y estimando parte de este que se desviara por la nueva via , asi como teniendo en cuenta los factores de crecimiento normal y el nuevo trafico generado , se calcula el trafico futuro. En la prognosis del trafico se debe tomar en cuenta los siguientes factores : 1.-El aumento de la población el numero de vehículos de circulación y el mayor uso

de vehículos. 2.-las características de atracción y generación de trafico en zonas agrícolas o de

rrapido desarrollo , urbano, industrial, comercial,etc. 3.-factores socio- económicos que puedan efectuar el uso de vehículos. 4.-el desarrollo delos sistemas de transporte masivo .

DENSIDAD

a un que muchas veces se confunden con los términos volumen y densidad expresan conceptos diferentes sabemos que el volumen es el numero de vehículos que pasan por el tramo de una carretera en una mitad de tiempo , en tanto que , densidad es el numero de vehículos que se encuentran en cierta longitud dela via en un momento dado.

VELOCIDAD

Velocidad y seguridad son sinónimos de categoría de carretera . la velocidades el factor primordial en todos los sistemas de transporte y la velocidad a que circulan los vehículos por una vía es un índice importante tomarse en cuenta al establecer las especificaciones de diseño , pues a ella están ligadas elementos como el peralte y la distancia de visibilidad , los cuales determinan los valores dela curvatura horizontal y vertical dela carretera . la velocidad que adoptan los conductores es una carreta depende de diversas circunstancias , como : -habilidad y estado de animo. -tipo y estado del vehículo. - características físicas de la carretas y su zonas adyacentes. - condiciones climáticas. -presencia de otros vehículos en la vía. -limitaciones impuestas por las leyes de transito.

VELOCIDAD DE DISEÑO

En la mayoría de carreteras actuales , el cambio frecuente de radios de curvatura , la intercalación de rampas y pendientes ,la defectuosa visibilidad en las cimas y empalmes de otras carretas obligan al conductor a un cambio continuo de velocidades es absoluta mente imposible mantener en estas carretas una marcha continua con velocidad uniforme . la velocidad de diseño de un modulo , en una escala de referencia a través de la cual pueden estudiarse muchos aspectos del movimiento de vehículos .

ELECCION DE LA VELOCIDAD DE DISEÑO

La selección de la velocidad de diseño es extremadamente importante , por que esta selección fija los limites de los radios de curvatura , sobre anchos, peraltes, curvas verticales ,visibilidad y otros aspectos geométricos de la carretera obteniéndose así un todo armónico , equilibrado y sencillo que no ofrezca sorpresas al conductor. puesto los fondos disponibles muchas veces están limitados existe la inclinación a reducir la velocidad de diseño para ahorrar dinero pero sin embargo es impropio hacerlo general mente. La superficie del pavimento puede ser ampliada y mejorada en cualquier aspecto geométrico siempre que las finanzas lo permitan pero los aspectos geométricos de alineación pendientes y distancias de visibilidad.Según las normas peruanas la velocidad de diseño esta influenciada por los siguientes factores : -relieve de terreno _tipo de carreta a construirse. _volumen y tipo de transito que se espera _otras consideraciones de orden económico.

VARIACION DE LA VELOCIDAD DE DISEÑO

Las altas velocidades de diseño estipuladas para las autopistas están de acuerdo con el concepto de que menospreciando el costo se debe formar un trabajo efectivo de alta velocidad en un alto volumen de toda la nación , en nuestro medio, la velocidad directriz , no puede mantenerse , en muchos casos , uniforme para una carretera dela misma categoría , pues ello conduciría , en esos casos, a trazos costosos en una carretera puede haber tramos para velocidades directrices diferentes como seria , por ejemplo el paso de una carretera de primera clase , por terreno de topografía plana ondulada y accidentada.Las normas peruanas , recomiendan que los cambios repentinos de la velocidad directriz a lo largo de una carretera deberán evitarse. En el país la velocidad directriz variara a lo largo de la vía de acuerdo alas siguientes disposiciones complementarias de la dirección de transito.

VELOCIDAD DE CIRCULACION.

Se llama también velocidad de operación y es la velocidad máxima ala cual puede viajar un vehículo en un tramo de carretera bajo las condiciones de trafico prevalecientes y con condiciones atmosféricas favorables , sin sobrepasar en ningún caso la velocidad de diseño . cuando el trafico es intenso la velocidad de circulación se acerca ala del diseño , disminuyendo conforme aumenta aquel esta velocidades de importancia fundamental no solo para el diseño de elementos geométricos sino también para la determinación delos costos de los usuarios de las carreteras , ya que los gastos de operación de una vía varían según sea la velocidad ala que se recorra. Por consiguiente interesa conocer la velocidad de circulación en diversas combinaciones de condiciones que se presentan en las carreteras existentes .Para las velocidades de diseño establecido se han determinado las velocidades de circulación .Estos valores son significativos ya que aproximada mente el 50% de los conductores viajan a velocidades próximas ala velocidad de circulación , la velocidad de diseño a seguirse puede seleccionarse por un análisis de velocidad de circulación en tramos de carreteras ya construidas , de características semejantes ala que se va a diseñar.

Los conceptos en cuanto a capacidad de la vía se basan en el manual de capacidad de carreteras de Bureau of Public Roads de Estados Unidos. Se definen los siguientes tipos de capacidad:1. Capacidad básica: es el máximo número de vehículos de

pasajeros que puedan pasar por el punto determinado de la vía de un carril dela misma, durante una hora, bajo las condiciones más favorables de la vía y del tráfico que se pueda obtener.

2. Capacidad posible: es el máximo número de vehículos que puede pasar por el punto dado de una vía o un carril de la misma, durante una hora, baja las condiciones prevalecientes de la vía y del tráfico.

3. Capacidad practica: es el máximo número de vehículos que pueden pasar por un punto dado de la vía o un carril dela misma bajo las condiciones prevalentes de la vía y del tráfico.

CAPACIDAD Y NIVEL DE SERVICIO

• En calzada de sentido único, la capacidad básica y posible en una via ideal es de 2000 vehículos /hora por carril y la capacidad practica, de 1000 vehículos /hora por carril en tramos rurales y de 1500 vehículos /hora, en tramos urbanos.

• En carreteras de dos carriles y doble sentido de circulación, la capacidad básica y posible para circulación en dos sentidos es de 2000 vehículos /hora y la practica de 900 vehículos /hora y 1500 vehículos /hora en tramos rurales y urbanos, respectivamente.

CAPACIDAD Y NIVEL DE SERVICIO

NIVEL DE SERVICIO El conocimiento de la capacidad y del volumen de servicio de una carretera, sirve fundamental mente para 2 propósitos.1. Para fines de una carreta nueva : el análisis de

la capacidad y nivel de servicio influye directamente en la determinación de las características geométricas de la vía , en general al diseñar una carretera nueva no conviene fijar condiciones de operación a nivel de servicio igual a la capacidad .

2. Para la investigación de las condiciones de operación de una carreta existente: el análisis comparativo entre el volumen del tráfico que circula por una vía y el volumen de servicio del mismo, de acuerdo con sus características geométricas y del tráfico, permite determinar el nivel de servicio a que esta operando y la fecha probable en que la carreta quedara saturada.

CAPACIDAD EN CONDICIONES DE CIRCULACION CONTINUA

El volumen de transito observado en diferentes carreteras de usa junto con el análisis de las características del tránsito, han servido para establecer valores de la capacidad para diferentes tipos de carretera bajo condiciones ideales en las que se alcanza los mayores valores dela capacidad son:a. Circulación continúa, libre de interferencias de

vehículos y de peatones.b. Presencia de vehículos ligeros únicamente en la

corriente de tráfico.c. Carriles de 3.65 m de ancho, con bermas

adecuadas y sin obstáculos laterales en 1.80 m a partir dela orilla dela calzada.

d. Para carreteras rurales, las características geométricas corresponden a una velocidad de diseño mínima de 11km/h, y en carreteras de 2 o tres carriles con circulación de dos sentidos.

CAPACIDAD EN CONDICIONES DE CIRCULACION CONTINUAAunque las condiciones ideales producen los mayores volúmenes para cualquier nivel de servicio , la operación de una carretera a su máximo volumen posible o capacidad será insatisfactoria a un bajo condiciones ideales.a. Carreteras de varios carriles: el mayor

número de vehículos que puede circular por un carril, bajo condiciones ideales, oscila entre 1900 y 2200 vehículos de pasajeros por hora. estos valores son el promedio de los volúmenes en todos los carriles que representan un tráfico sostenido durante una hora.

b. Carreteras de dos carriles: en carreteras de dos carriles, con circulación en ambos sentidos, pueden pasar hasta 1000 vehículos, es decir 2000 vehículos/hora en total.

NIVELES DE SERVICIO El servicio suministrado por esta carretera a sus pocos usuarios es excesiva mente alto. Conforme aumenta el número de vehículos que usa la carretera resulta cada vez más probable que uno interfiera con el otro y que la elección dela velocidad y la libertad de maniobra sean restringidas finalmente todos los vehículos interfieran.En términos de circulación o flujo de tráfico puede describirse dela siguiente manera:a. Flujo o circulación libre: el conductor está

influenciado en su conducción por el movimiento de otro vehículo.

b. Flujo parcial mente libre: si el conductor está influenciado en su conducción por el movimiento de otro vehículo, disponiendo, sin embargo de cierta libertad, cierta libertad en su movimiento.

c. Flujo forzado: si no existe ninguna posibilidad de adelantamiento, presentándose la típica situación de circular en cola.

CONDICIONES QUE DETERMINE LOS NIVELES DE SERVICIO Se identifican con letras de la A a la D se define a partir de ciertos valores de la velocidad o tiempo de recorrido y del índice, las condiciones son inestables y tanto como la velocidad como la intensidad pueden fluctuar considerable mente.NIVEL A: condiciones de flujo libre, con bajos volúmenes de tráfico y altas velocidades. Hay poca o nula limitación de maniobra por la presencia de otros vehículos y puede conservarse la velocidad deseada con poco o nulos retardos.NIVEL B: condiciones de flujo estable, en las que las velocidades empiezan hacer algo restringidas por las condiciones de tráfico. Los conductores tienen una razonable libertad para seleccionar su velocidad y su carril.NIVEL C: corresponde a un flujo estable, pero las velocidades y las maniobras resultan más controladas por los mayores volúmenes. La mayor parte de los conductores ven restringidas su libertad de elegir la velocidad, cambiar carriles o rebasar.

CONDICIONES QUE DETERMINE LOS NIVELES DE SERVICIO NIVEL D: se acerca al flujo inestable, con velocidades de operación tolerables, pero que pueden ser considerable mente afectada por los cambios en la condición del tránsito. Las fluctuaciones en el volumen y las restricciones temporales en un flujo pueden causar considerables reducciones en la velocidad de operacio.

NIVEL E: representan una operación a menores velocidades que el nivel de servicio D con volúmenes que se acercan a la capacidad del tramo. Al llegar a esta velocidad normalmente pero no siempre son cerca de 50 km/h.

NIVEL F: se refiere al flujo forzado a bajas velocidades donde los volúmenes son menores que los correspondientes a la capacidad. Estas condiciones resultan de las colas de vehiculos producto de alguna obstrucción en la corriente.

FORMA DE DETERMINAR EL NIVEL DE SERVICIO

Tratándose de tramos rectos, se analizan diversos factores y se recomienda un criterio de análisis, para cada transito continuo. Como sigue:1._Sub dividir el tramo de la carretera en sub tramos relativamente uniformes desde el punto de vista de la capacidad, identificando a aquellos puntos que puedes suponer dificultades especiales para la circulación.2._Para cada sub tramo, determinar la capacidad, aplicando para ello los factores adecuados, la intensidad de tráfico previsible y por tanto el índice de servicio.3._Para cada sub tramo se determina la velocidad de servicio o de operación bien por observación directa bien mediante tablas que establecen esta velocidad en función de las características geométricas y funcionales de la vía y la intensidad del tráfico.4._en función del índice de servicio y dela velocidad mencionada se determina los sub niveles de servicios a cada tramo.5.-Queda por último comprobar que el índice de servicio no es mayor que la unidad en ningún punto del tramo.

Relación entre la velocidad de servicio y la velocidad media en función del índice de servicio i/c

FACTORES QUE REDUCEN LOS VOLUMENES DE SERVICIO Y LA CAPACIDAD DE UNA VIA

Cuando las condiciones de circulación en una carretera son las ideales, el volumen de servicio y la velocidad a un nivel dado son máximos, y para un cierto nivel de servicio E el volumen de servicio es igual a la capacidad medida que las condiciones se alejan de las ideales, la capacidad de una carreta se reduce, e igual sucede con los volúmenes de servicio Los factores relativos a la vía que tiene influencia de recta en los volúmenes de servicio son los elementos físicos propios del diseño geométrico, tales como el ancho del carril y de las bermas, los obstáculos laterales, las características del alineamiento horizontal y vertical y las pendientes.

FACTORES QUE SE REFIEREN A LA CARACTERISTICA DE LA VIAa. Ancho de los carriles: la anchura ideal es de 3.65 m si es

menor tendrá menos capacidad en condiciones de circulación continua.

b. Bermas: son absolutamente indispensables si se quiere real cansar la capacidad establecida de una vía.

c. Obstáculos laterales: son tales como muros, postes árboles, señales de tránsito, estribos de puentes y vehículos estacionados amas de 1.80m.

d. Alineamiento: las características de una carreta, curvatura y longitud delos alineamientos rectos, afectan en gran medida a la capacidad y al volumen de servicio dela misma.

e. Pendientes: las pendientes afectan a los volúmenes de servicio , dela forma siguiente:

-Reduciendo la distancia de visibilidad de paso en las carreteras de dos carriles.-Reduciendo o aumentando las distancias de frenado en pendientes de subida o bajada. - Reduciendo la velocidad de los vehículos pesados en las pendientes de subida.

ANALISIS DE LA CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO EN CARRETERAS DE DOS Y MULTIPLES CARRILES

En casi todos los países incluso en el Perú, el mayor porcentaje de las carreteras rurales son de dos carriles. En ellas, la capacidad y los niveles de servicio se expresan en totales de vehículos por hora independiente mente del sentido del tráfico. Las carreteras rurales de múltiples carriles se diferencian de las autopistas en que general mente son vías sin separador central y en que en ellas no hay control de acceso. En las carretas el número de vehículos por carril es independiente la velocidad de circulación es el promedio de las condiciones en los diferentes carriles.