ingeniería de carreteras parte 3

Para cambiar de la sección con bombeo a la sección con peralte se requiere una longitud mínima para efectuar este cambio, a esa distancia se le suele llamar longitud mínima de transición del peralte

Para no confundir esto con la longitud de la curva de transición le llamaremos espiral o clotoide a la curva que conecta un tramo tangente con la curva circular, o a dos curvas circulares.

-b%+b%

Bombeo con dos pendientes

-p%Sección transversal en curva circular

Transición del peralte

Sección transversal en tangente

peralte

Profesor: M. Profesor: M. SilveraSilvera INGENIERINGENIERÍÍA DE CARRETERAS A DE CARRETERAS -- UPC 2010UPC 2010--11

Transición del peralteLas longitudes de transición deben permitir al conductor percibir visualmente la inflexión del trazado que deberá recorrer y, además, permitirle girar el volante con suavidad y seguridad.

La transición del peralte deberá llevarse a cabo combinando las tres condiciones siguientes:

•Características

dinámicas

aceptables

para

el vehículo

•Rápida

evacuación

de las

aguas

de la calzada.

•Sensación

estética

agradable.


Transición del peralteProfesor: M. Profesor: M. SilveraSilvera INGENIERINGENIERÍÍA DE CARRETERAS A DE CARRETERAS -- UPC 2010UPC 2010--11

La variación del peralte requiere una longitud mínima, de forma que no se supere un

determinado valor máximo de la inclinación que cualquier borde de la calzada tenga

con relación a la del eje del giro del peralte.

ipmáx

= 1.8 -

0.01Vipmáx

: máxima

inclinación

de cualquier

borde

de la calzada

respecto

al eje

de la misma

(%).

V

: Velocidad

de diseño

(Kph).

El eje de giro puede ser• centro de la calzada• borde interior de la calzada• borde exterior de la calzada

El cambio de bombeo a peraltecon eje de giro al centro de la calzada se realiza en tres etapas


L1TEtangente

BI

eje Diagrama dealturas de losbordes conrespecto al ejede la calzada

Transicion

del peralte-

eje

de giro

centro

de la calzada

BE α

ipmáx = 1.8 - 0.01V


Primera etapa (inicio en tangente y finaliza en la clotoide)

Bombeo con dos pendientesTramo tangente

El borde exterior giraalrededor del eje y se eleva una altura h = B x (pf

–

pi)

L1TEtangente

BI

B (pf

–

pi)dondeb = pi0 = pf

eje Diagrama dealturas de losbordes conrespecto al ejede la calzada

Transicion

del peralte-

eje

de giro

centro

de la calzada

-b%+b%

BE BI2B

-b%0%

BEBI

L1

Inicio de clotoide

BE α


Del grafico anterior la distancia L1 puede obtenerse:

B (0 –

pi) = ip

max

= tan α*100L1 min

B (0 –

pi) = L1 minip

max

Segunda etapa (inicia y finaliza dentro de la clotoide)

-b%+b%

BE BI2B

-b%0%

BEBI

L1

-b%BE

BIL2

El borde exterior giraalrededor del eje y se elevauna altura h = B x (pf

–

pi)pf

= -bpi

= 0


B (pf

–

pi) = ip

maxL2 min

B (-b –

0) = L2 minip

max

En similar forma a la primera etapa, L2 puede ser calculada como:

Tercera etapa (finaliza en inicio de curva circular)

-b%+b%

BE BI2B

-b%0%

BEBI

L1

-b%BE

BIL2

-p%BE

BIL3

El cambio del peraltede -b%

a -p%

se terminade hacer en la curva detransición si la hubiera


B (pf

–

pi) = ip

maxL3 min

B (pf

+ b) = L3 minip

max

Similarmente a las etapas anteriores, la distancia L3 min será:

Entonces la longitud mínima de transición del peralte será:L mínima = L1 + L2 + L3

B (0 –

pi) ip

maxB (-b –

0) ip

maxB (pf

+ b) ip

max+ + = B (pf

–

pi) = Lminip

max

Transición del peralte


Longitud minima de transicion del peralte

Siendo:

Lmín : Longitud mínima del tramo de transición del peralte (m).

pf : peralte final con su signo (%)

pi : peralte inicial con su signo (%)

B : distancia del borde de la calzada al eje de giro del peralte (m).

Bip

ppLmáx

ifmin

Transicion del peralte

Longitud total para realizarel cambio de bombeo a peralte


Gráfico de cambio de bombeo a peralte

BEBE

BEBE

BI BI BI BI

tangente

BI

BE

clotoide

Bb

2B 2B 2B 2B

+b% -b%0%-b%

-p%

L1 (20m máx.) L2 (20m máx.) L3

Eje de giro

-b%

Bombeo con dos pendientes en calzada única


EjemploSe tiene una curva Horizontal Diseñada para una velocidad de 60 Km/h, el bombeo de la calzada es de 2% y peralte máximo diseñado es de 6%. Si se sabe que el radio mínimo de la curva es de 135m se pide: Determinar la longitud minima de la espiral de transición. Considerar que el ancho del carril es de 3.5m

DiseDiseñño considerando la transicio considerando la transicióón de peralte a bombeon de peralte a bombeo

Bi

PPL

p

if

maxmin

)(

Donde:Pf = -6%Pi = 2%B = 3.5 mV = 60 Km/hipmax = 1.8 – 0.01V = 1.2%Lmin = 23.33 m


Ejemplo

p

RV

JVRA 27.1656.46

2

min

RAL /2minmin

DiseDiseñño considerando la aceleracio considerando la aceleracióón de la fuerza Centrifugan de la fuerza Centrifuga

Donde:V = 60Km/hR = 135 mP = 6%J = 0.5 (Obtenido de la tabla 402.06)

mA 30.81min

Lmin = 48.96 m

50 m


EjemploDiseDiseñño considerando el criterio o considerando el criterio esteticoestetico

Del anterior calculo se evalúa el parámetro

mmm 13530.8145

RAR min3/

Cumple con el criterio Estético guiado visual

Además de acuerdo a la Norma Lmin = 30 m

Lmin = 48.96 m

50 m (De todos los criterios evaluados, se adopta en el diseño la mayor longitud calculada )


Curvavertical

Curvahorizontal

Alineamiento Vertical


Alineamiento Vertical

El alineamiento vertical de una carretera es la proyección del eje espacial de la víasobre una superficie vertical paralela al mismo. Al eje también se le denominarasante.El eje del alineamiento vertical está formado por una serie de tramos rectos o tangentes conectados por curvas parabólicas.

El diseño de curvas verticales se hace pensando en 4 criterios: seguridad, comodidad operación y drenaje.

Tangentes Verticales

Las tangentes se caracterizan por su longitud y pendiente. Para propósitos dediseño estas pendientes están limitadas por condiciones de drenaje y el funcionamiento de los camiones.


PendientesPendientes

Pendientes MPendientes Míínimasnimas

• En los tramos en corte generalmente se evitará el empleo de pendientes menores de 0,5%.

• Podrá hacerse uso de rasantes horizontales en los casos en que las cunetas adyacentes puedan ser dotadas de la pendiente necesaria para garantizar el drenaje y la calzada cuente con un bombeo superior a 2%.

Para fines de proyecto, el sentido de las pendientes se define según el avance del kilometraje, siendo positivas aquéllas que implican un aumento de cota y negativaslas que producen una pérdida de cota


Pendientes MPendientes Mááximasximas

Para hallar las pendientes máximas ver la tabla 403.01.

En zonas superiores a los 3000 msnm, los valores máximos de la tabla 403.01, se reducirán en 1% para terrenos montañosos o escarpados.

Las pendientes máximas se emplearán cuando sea conveniente desde el punto de vista económico con el fin de salvar ciertos obstáculos en tramos cortos,de tal forma que no se conviertan en longitudes críticas


Alineamiento Vertical - Perfil longitudinal

Fuente: J reyes


Pendientes MPendientes Mááximasximas

Longitud crítica de una pendiente

Se define como la máxima longitud en subida sobre la cual un camión cargado Puede operar sin ver reducida su velocidad por debajo de un valor prefijado. Usualmente se considera que la longitud crítica es aquella que ocasiona una reducción de 25 km/h en la velocidad de operación de los vehículos pesados (Cardenas, 2002)


La figura 403.04a muestra la caída de velocidad para un camión tipo semitrailer o con acoplado, cargado, cuya relación peso/potencia sea del orden de 150 Kg/Hp Neto.

Si la longitud y magnitud de una pendiente inevitable produce descensos superiores a los 25 KPH, se realizará un análisis técnico económico a fin de establecer la factibilidad de proyectar carriles de ascenso.


Carriles de ascensoCarriles de ascensoNecesidad del CarrilNecesidad del Carril

• En carreteras de calzada única se dispondrán carriles adicionales por la derecha de la calzada (carriles para circulación lenta).

• Los carriles adicionales tendrán el mismo ancho que los que constituyen la calzada. Se omitirá proyectar el carril con longitud menor de 250 m.

Antes de los carriles adicionales para circulación lenta o rápida se dispondrá unacuña de transición con una longitud mínima de setenta metros (70 m).

El carril adicional para circulación lenta se prolongará hasta que el vehículo lentoalcance el ochenta y cinco por ciento (85%) de la velocidad de diseño, sin que dicho porcentaje pueda sobrepasar los ochenta Kilómetros por hora (80 Km/h).


Carriles de ascenso Carriles de ascenso -- Necesidad del CarrilNecesidad del Carril

Tramos en descansoTramos en descanso

En el caso de ascenso continuo y cuando la pendiente sea mayor del 5% se proyectará, más o menos cada tres kilómetros, un tramo de descanso de una longitud no menor de 500 m., con pendiente no mayor de 2%.

Fuente: propia

A la prolongación anterior se añadirá una cuña de transición con un valor mínimo de cien metros (100 m). El final de un carril adicional para circulación lenta no podrácoincidir con la existencia de prohibición de adelantar (carencia de visibilidad de adelantamiento).


NecesidadNecesidad de de CurvasCurvas VerticalesVerticales

Los tramos consecutivos de rasante, serán enlazados con curvas verticales parabólicas cuando la diferencia algebraica de sus pendientes sea de 1%, para carreteras con pavimento de tipo superior y de 2% para las demás.

ProyectoProyecto de de laslas CurvasCurvas VerticalesVerticales

Las curvas verticales serán proyectadas de modo que permitan, cuando menos, la distancia de visibilidad mínima de parada.


Tipos de curvas verticales simétricas

convexas

cóncavas

Fuente: AASHTO


LongitudLongitud mmíínimanima de de CurvasCurvas ConvexasConvexas

Inadecuada distancia Dp Camión después de curvavertical

La longitud mínima de las curvas convexas debe asegurar por lo menos que un conductor pueda detener el vehículo que maneja al observar un objeto estacionario ubicado delante de su trayectoria.


CurvasCurvas ConvexasConvexas:: De De acuerdoacuerdo a la a la relacirelacióónn entre la entre la longitudlongitud de la de la curvacurva y y la la distanciadistancia de de paradaparada hay dos hay dos posiblesposibles situacionessituaciones

Lmín = A Dp2

200 (

h1 + h2 )2 Para Dp < L

Caso 1Dp < L

Dp: Es la proyección Horizontal de la Visual que une h1 y h2


L: Longitud de la curva verticalDp: Distancia de visibilidad de parada (S en el gráfico)A: Diferencia algebraica de pendientes (en %)h1: Altura del ojo sobre la rasanteh2: Altura del objeto sobre la rasante

En el Perú se han adoptado los valores de h1= 1.07 m para la altura del ojo sobre la rasante y h2 = 0.15 m para la altura del objeto sobre la rasante

Distancias de Visibilidad


Caso 2Dp

> L

Lmín = 2 Dp - 200 (

h1 +

h2 )2 Para Dp > LA

Cuando la diferencia algebraica de pendientes (A) es muy pequeña, la longitudrequerida sería cero o saldría negativa al usar la fórmula por que la línea de visual pasaría sobre el punto más alto de la curva. En estos casos, para diferencias pequeñasde pendientes, por condiciones prácticas se adoptó un valor mínimo igual a V(ver figura 403.02)


Fuente: Manual de diseño Geométrico para carreterasDG-2001

Figura: 403.01


Longitud mínima de curvas verticales convexas con DP(Fuente: libro de la AASHTO)


Fuente: Manual de diseño Geométrico DG-2001


Longitud mínima de curvas verticales cóncavas con DP(Fuente: libro de la AASHTO)


Secciones transversalesSecciones transversales



La secciLa seccióón transversal de una n transversal de una carretera es un corte verticalcarretera es un corte vertical normal al alineamiento horizontal, normal al alineamiento horizontal, el cual permite definir la el cual permite definir la disposicidisposicióón y dimensionesn y dimensiones de los de los elementos que forman la carretera elementos que forman la carretera en el punto correspondiente a cada en el punto correspondiente a cada secciseccióón yn y su relacisu relacióón con el terreno n con el terreno natural.natural. Fuente: Adaptado de Mannering

Y Kilareski

Corte vertical



Tramo tangente



Tramo curvo


Secciones transversalesSecciones transversalesElementosElementos

Los elementos que integran y definen la secciLos elementos que integran y definen la seccióón transversal son:n transversal son:

•• DDerechoerecho de vde vííaa

•• CCalzada alzada óó superficie de rodadurasuperficie de rodadura

•• BermasBermas

•• CarrilesCarriles

•• CunetasCunetas

•• TTaludes aludes

•• EElementoslementos complementarioscomplementarios


Fuente: adaptado de Manual de diseño Geométrico DG-2001

Derecho de vDerecho de víía o faja de dominioa o faja de dominio

Es la faja de terreno destinada a la construcciEs la faja de terreno destinada a la construccióón, n, mmantenimientoantenimiento, futuras , futuras ampliacionesampliaciones de la de la vvííaa, si la demanda de tr, si la demanda de tráánsito asnsito asíí lo exige, servicios de lo exige, servicios de seguridad, serviciosseguridad, servicios auxiliares y desarrollo paisajauxiliares y desarrollo paisajíístico.stico.


Zona de propiedad restringidaZona de propiedad restringida

A cada lado del Derecho de VA cada lado del Derecho de Víía habra habráá una faja de Propiedad Restringida. Launa faja de Propiedad Restringida. La restriccirestriccióón se refiere a la prohibicin se refiere a la prohibicióón de ejecutar construcciones permanentes n de ejecutar construcciones permanentes queque afecten la seguridad o visibilidad, y que dificulten ensanches fafecten la seguridad o visibilidad, y que dificulten ensanches futuros. uturos. El El ancho de esaancho de esa zona se muestra en la zona se muestra en la tabla 303.04tabla 303.04..



CalzadaCalzada

EEss el el elemento destinadelemento destinadoo al paso deal paso de los vehlos vehíículos. Sus culos. Sus dimensiones deberdimensiones deberáán ser tales que permitan mantener unn ser tales que permitan mantener un nivel nivel de servicio adecuado, para la intensidad de trde servicio adecuado, para la intensidad de trááfico previsiblefico previsible..

Ancho de Tramos en TangenteAncho de Tramos en Tangente

En la En la tabla 304.01tabla 304.01, se indica los valores apropiados del ancho , se indica los valores apropiados del ancho del pavimento paradel pavimento para cada velocidad directriz con relacicada velocidad directriz con relacióón a la n a la importancia de la carretera.importancia de la carretera.

El ancho de la calzada en tangente se determinarEl ancho de la calzada en tangente se determinaráá con base en el con base en el nivel de servicionivel de servicio deseado al finalizar el perdeseado al finalizar el perííodo de diseodo de diseñño o en o o en un determinado aun determinado añño de la vida de lao de la vida de la carretera.carretera.



Ancho de calzada


BermasBermas

Bermas ocupadas por grandes bloques de piedra

Publicidad muy cercanaa las bermas

Son Son laslas zzonasonas que permiten a los vehque permiten a los vehíículos apartarseculos apartarse momentmomentááneamente de la neamente de la

calzada en caso de avercalzada en caso de averíía o emergenciaa o emergencia..


BermasBermas

Ancho de las bermasAncho de las bermas

En la En la tabla 304.02,tabla 304.02, se indican los valores apropiados del ancho se indican los valores apropiados del ancho de las bermas. Elde las bermas. El dimensionamiento entre los valores indicados, dimensionamiento entre los valores indicados, para cada velocidad directriz se harpara cada velocidad directriz se haráá teniendo en cuenta los teniendo en cuenta los volvolúúmenes de trmenes de trááfico y el costo de construccifico y el costo de construccióón.n.


Ancho de bermas


BombeosBombeos

ElementoElemento parapara el el drenajedrenaje del del pavimentopavimento..

En tramos rectos o en aquEn tramos rectos o en aquééllos cuyo radio de curvatura permite el llos cuyo radio de curvatura permite el contraperaltecontraperalte laslas calzadas debercalzadas deberáán tener, con el propn tener, con el propóósito de evacuar las sito de evacuar las aguas superficiales, unaaguas superficiales, una inclinaciinclinacióón transversal mn transversal míínima o bombeo, que nima o bombeo, que depende del tipo de superficie dedepende del tipo de superficie de rodadura y de los niveles de precipitacirodadura y de los niveles de precipitacióón n de la zona.de la zona.

La La tabla 304.03tabla 304.03 especifica estos valores indicando en algunos casos un especifica estos valores indicando en algunos casos un rango dentrorango dentro del cual el proyectista deberdel cual el proyectista deberáá moverse, afinando su eleccimoverse, afinando su eleccióón n segsegúún los matices de lan los matices de la rugosidad de las superficies y de los climas rugosidad de las superficies y de los climas imperantes.imperantes.


Bombeo


TaludesTaludes

Los taludes para las secciones en corte variarLos taludes para las secciones en corte variaráán de acuerdo a la estabilidad n de acuerdo a la estabilidad de losde los terrenos en que estterrenos en que estáán practicados; la altura admisible del talud y su n practicados; la altura admisible del talud y su inclinaciinclinacióón se determinarn se determinaráán en lo posible, por medio de ensayos y cn en lo posible, por medio de ensayos y cáálculos, lculos, aaúún aproximados.n aproximados.

La inclinaciLa inclinacióón de los taludes del corte variarn de los taludes del corte variaráán a lo largo de la obra segn a lo largo de la obra segúún n sea la calidad y estratificacisea la calidad y estratificacióón de los suelos encontrados.n de los suelos encontrados.


Taludes en corte


Taludes para Terraplenes

Las inclinaciones de los taludes para terraplenes variarLas inclinaciones de los taludes para terraplenes variaráán en funcin en funcióón de n de laslas caractercaracteríísticas del material con el cual eststicas del material con el cual estáá formado el terraplformado el terrapléén, n, siendo de unsiendo de un modo referencial los que se muestran en la modo referencial los que se muestran en la Tabla 304.11Tabla 304.11..

Las normas internacionales exigen barreras de seguridad para talLas normas internacionales exigen barreras de seguridad para taludes con udes con estaesta inclinaciinclinacióón, puesto que consideran que la salida de un vehn, puesto que consideran que la salida de un vehíículo desde culo desde lala plataforma no puede ser controlada por su conductor si la pendieplataforma no puede ser controlada por su conductor si la pendiente es nte es mmáás fuertes fuerte que el 1:4.que el 1:4.

Cuando se tiene dicho 1:4, la barrera de seguridad se utiliza a Cuando se tiene dicho 1:4, la barrera de seguridad se utiliza a partir de los partir de los 4,0 m,4,0 m, de altura. El proyectista deberde altura. El proyectista deberáá decidir, mediante un estudio decidir, mediante un estudio econeconóómico, si en algunosmico, si en algunos tramos con terraplenes de altura inferior a 4,0 m, tramos con terraplenes de altura inferior a 4,0 m, conviene tender los taludesconviene tender los taludes hasta el mencionado valor, ahorrhasta el mencionado valor, ahorráándose asndose asíí la la barrera, o mantener el 1:1.5, conbarrera, o mantener el 1:1.5, con dicho elemento de proteccidicho elemento de proteccióón.n.


Taludes para terraplenes


Tipos de Deslizamientos RotacionalesTipos de Deslizamientos Rotacionales

Falla de Local

Falla de PieFalla Profunda o de BaseMaterial mas resistente

A partir de observaciones: En general se toma superficie de falla circular


FormaciFormacióón de la superficie de falla y falla progresivan de la superficie de falla y falla progresiva


• Superficie de falla plana y paralela al talud• Masa que desliza de pequeño espesor• Tensiones en caras verticales iguales y opuestas

T

iW

a

d

N

Equilibrio de fuerzas

Si se moviliza toda la resistencia al corte (FS = 1), el talud será estable si i = . Donde i es el ángulo de reposo

máx

d

i i nat

tanFS

i senW tani cosW

i senW tanNFS

daW ; i cosWN ; i senWT

Estabilidad al Deslizamiento SuperficialEstabilidad al Deslizamiento Superficial


ESTABILIDAD DE TALUDESESTABILIDAD DE TALUDES DIACLASASDIACLASAS

BUZAMIENTOBUZAMIENTO

FALLA PLANAFALLA PLANA

DOVELAS DE JAMBUDOVELAS DE JAMBU

F.SF.S. . >>

1.201.20


Cuadro de Resumen de Secciones Transversales


CunetasCunetas

Son zanjas abiertas en el terreno, revestidas a fin de proteger Son zanjas abiertas en el terreno, revestidas a fin de proteger la la estructura delestructura del pavimento, que recogen y canalizan pavimento, que recogen y canalizan longitudinalmente las aguas superficiales y delongitudinalmente las aguas superficiales y de infiltraciinfiltracióón para n para flujos no permanentesflujos no permanentes..

Longitudinalmente, el fondo de la cuneta deberLongitudinalmente, el fondo de la cuneta deberáá ser continuo, sin ser continuo, sin puntos bajos.puntos bajos.

Las Las pendientes longitudinales mpendientes longitudinales míínimas absolutasnimas absolutas serseráánn 0,12%,0,12%, debidebiééndosendose procurar inclinaciones mprocurar inclinaciones míínimas mayores.nimas mayores.


Cunetas


DISEDISEÑÑO PLANIALTIMO PLANIALTIMÉÉTRICOTRICO

SECCIONES TRANSVERSALESSECCIONES TRANSVERSALES

2%2%2%2%4%4% 4%4%


Sección Transversal Típica

200 200 ––

250 %250 %

1V : 4H1V : 4H2.50m2.50m

1V : 1.5H (1V : 3H)1V : 1.5H (1V : 3H)

1V : 1.5H1V : 1.5H

1V : 4H 1V : 4H

150 %150 %

3.00m3.00m

Perfil aplicado en las Perfil aplicado en las progresivas 1930 progresivas 1930 --

20302030

DETALLE UBICACIÓN DE BARANDA


Información de la sección transversal

ingeniería de carreteras parte 3

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