Diseóo Geometrico

7/26/2019 Diseo Geometrico

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Prof esor : Jo sL. Reyes

INGENIERA DE CA RRETERA S

DISEO GEOMTRICO DEL CAMINO

Alineamiento Horizontal

Alineamiento Vertical


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

favorable para que prevalezcan las condiciones de diseo.

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

VELOCIDAD

DIRECTRIZAlineamiento vertical

Secciones transversales

Alineamiento horizontal

Tipo de va Orografa Demanda

DISEO GEOMTRICO DEL CAMINO


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Estimacin de la demanda

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

La acertada prediccin del volumen de demanda, composicin,distribucin y la evolucin que esta variable puede experimentar a lolargo de la vida til de diseo es indispensable para seleccionar lacategora de la va.

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

Fuente: Cal y Mayor, 2000


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Esel nmero de vehculos que pasan por un

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

Caractersticas

Espaciales

Ocupan un lugar

Temporales

Consumen tiempoVaran constantemente

Fuente: rea transporte-PUCP


Volumen de trnsito


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Q = N/T

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

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

Trnsito anual (TA) T = 1 aoTrnsito mensual (TM) T = 1 mesTrnsito semanal (TS) T = 1 semanaTrnsito diario (TD) T = 1daTransito horario (TH) T = 1 horaTasa de flujo o flujo (q), T < 1 hora

Volmenes de trnsitoabsolutos

Nota: no es necesario orden cronolgico

Volumen de trnsito



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Esel nmero to tal de vehcu los q ue pasan du rante un perod o dado

(en das com pletos ) igual o meno r a un ao y m ayo r q ue u n da.

Dependiendo del perodo de recoleccin de datos puede ser:

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

Trnsito promedio diario mensual(TPDM)

Trnsito promedio diario Semanal(TPDS)

TPDA = TA/365

TPDM = TM/30

TPDS = TS/7

Trnsito promedio diario



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TPDA

El valor del TPDA es un valor medio, que es usado en el anlisis del trficoque circula. Pero es un valor medio que no representa muchas veces lasfluctuaciones del trfico en el da, siendo superado muchas veces.

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

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


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VELOCIDAD


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Velocidad

Los vehculos viajan adiferente velocidad ygeneralmente no mantienenuna velocidad constante.

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

60 km/h

75 km/h

80 km/h


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Velocidad de recorrido

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

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

Fuente: I.Cabrera

Velocidad instantnea

Fuente: Tyssatransito


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Velocidad media de recorrido

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

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

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

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


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Diferencia entre Velocidad de Recorrido y Velocidad de Marcha:

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

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

Fuente: Manual de diseo Geomtrico DG-2001


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Velocidad de proyecto, diseo o velocidad directriz

Es la mxim a veloc idad a la cu al pu eden circ ular l os vehcu los con

segu rid ad sob re una va cuando las con di cio nes atmos fricas y del

trnsi to so n favorab les y las c arac terst icas g eomtri cas del p ro yec to

gobiernan la circu lacin.

categora de la vavolmenes de trnsitotopografadisponibilidad de recursos

Depende de:

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


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VELOCIDAD DIRECTRIZ O DE DISEO


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

mediante curvas de transicin (clotoides).

tangenteCurva circular

Curva circular

Fuente: Jos Cspedes

DISEOGEOMETRICO DEL CAMINO

ALINEAMIENTO HORIZONTAL


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Fuente: AASHTO

TangenteCurva de transicinCurva circular

Componentes

Fuente: Quintana y Altez

Fuente: AASHTO

DISEO GEOMETRICO DEL CAMINO



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

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

TRAMOS EN TANGENTE

DISEO GEOMETRICO DEL CAMINO



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TRAMOS EN TANGENTE

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

Alineacin recta entre alineaciones curvas con

radios de curvatura de sentido contrario

Lmin.s (m) = 1.39 Vd

Alineacin recta entre alineaciones curvascon radios de curvatura del mismo sentido

Lmin o (m) = 2.78 Vd

Longitud mxima

Lmx (m) = 16.7 VdVd en km/h



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Fuente: Adaptado de Manual de diseo Geomtrico para carreteras DG-2001

DISEO GEOMETRICO DEL CAMINOALINEAMIENTO HORIZONTAL


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DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDADDISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA

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

dpr= distancia recorrida durante el tiempo de percepcin-reaccin

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

> 0.15 m

1.15 m


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DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD

DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA

Distancia de percepcin reaccin (dpr)

Depende de:

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

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

La distancia de visibilidad de parada es la suma de las distancias recorridasdurante los tiempos depercepcin-reaccinyfrenado.


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Distancia de percepcin reaccin (dpr)

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

dpr= V0(tpr)

3.6

tVd

pr0

prdpr: distancia perecepcin-reaccin (m)V0: velocidad de diseo (Km/h)tpr: tiempo percepcin-reaccin (seg)


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Distancia de frenado (df)

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


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

que:

Donde: V0= velocidad al momento de aplicar los frenos

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

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

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



2

attVd

2

0f


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

L

=fW

F=FL => ma = fW = fmg

=> a = fg

f: coeficiente de friccin longitudinal

FL

F

W=mg

N

2aV

2a

Va

aVVd

20

2

0

00f

Reemplazando t se obtiene:


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Reemplazando en la distancia de frenado, tenemos:

El coeficiente de friccin longitudinal f, depende de:

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

2fg

Vd

20

f

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

Vd

2

0

f


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Finalmente:

254f

V

3.6

tVDp

2

0pr0

fno es constante. Los estudios realizados se hicieron sobre pavimento hmedoy a diferentes velocidades iniciales.

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

Dp: distancia parada (m)V0: velocidad de diseo (Km/h)tpr: tiempo percepcin-reaccin (seg)


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

(AASHTO)

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

diseo.


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EFECTO DE LA PENDIENTE EN LA DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA

a)

+ p%

- p%

b)

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

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

p: porcentaje dividido entre 100

p)254(f

V

3.6

tVDp

2

0pr0


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DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADAFigura 402.05 DG-2001


La distancia de parada Dp est expresada en metros.


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

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

DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASODISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD

d1 d2 d3 d4

1

1 1

3 3

2


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d1 1/3 d2

d1

2/3 d2

d2 d3 d4

FASE 1

FASE 2



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


d1

1

1 2

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


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Donde:

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

La expresin que permite calcular la distancia d1es:

DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO


)2

atm0.278t(vd1


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


d1 1/3 d2

d1

2/3 d2

d2 d3 d4

FASE 1

FASE 2


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

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

La expresin que permite calcular la distancia d2es:

Donde:

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


0.278vtd2


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

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


2/3 d2

d3 d4

FASE 2

90md330m


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

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


2/3 d2

d3 d4

FASE 2

d23

2d4


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- Se necesitara mayor distancia para sobrepasar

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

velocidad.- Los vehculos sobrepasados usualmente son

camiones.

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

EFECTO DE LA PENDIENTE EN LA DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO

+ p%

- p%

a)

b)



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Estas distancias de paso ya incluye la suma de las distancias d1, d2, d3, y d4 mencionadas anteriormente.



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

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

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

Consideraciones:



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TABLA 205.01

LONGITUD MAXIMA SIN VISIBILIDAD DE ADELANTAMIENTO EN SECTORES CONFLICTIVOS

Fuente: adaptado de Manual de diseo Geomtrico para carreteras DG-2001



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En un tramo de carretera de longitud superior a 5 Kms, emplazado en unatopografa dada, se procurar que los sectores con visibilidad adecuada para

adelantar, respecto del largo total del tramo, se mantengan dentro de losporcentajes que se indican en la Tabla 205.02.

Fuente: adaptado de Manual de diseo Geomtrico para carreteras DG-2001


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