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7/23/2019 TEORIA-PLANIFICACION DE VIAS.pdf

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2.2.- EL VEHCULO

En ciertos pases, la incorporacin de mayor cantidad de vehculos no solo ha mejorado el

transporte, ya que tambin ha elevado el nivel econmico general del pas, por lo que se

puede afirmar que la relacin de habitantes por vehculo es un indicador para apreciar el

progreso de un determinado territorio.

Por lo tanto, es indispensable que cada pas mejore las condiciones del transporte para su

progreso y de esta manera poder transportar los bienes de consumo desde las fuentes de

produccin hasta los mercados y de all comercializarlo a la poblacin.

Actualmente, es inevitable que aumente el nmero de vehculos cada ao, lo que es

deseable y conveniente, logrando as reducir ms la actual relacin de habitantes por

vehculo.

Por lo tanto, el segundo elemento componente del trnsito, el vehculo, irremediablemente

va en aumento.

2.2.1.- CLASIFICACIN Y CARACTERISTICAS DEL VEHCULO DEPROYECTO

Vehculo de proyecto es aquel tipo de vehculo hipottico, cuyo peso, dimensiones y

caractersticas de operacin son utilizados para establecer los lineamientos que guiaran el

proyecto geomtrico de las carreteras, calles e intersecciones, tal que estas puedan

acomodar vehculos de este tipo.

Los vehculos se clasifican en 2:

- Vehculos ligeros o livianos.

- Vehculos pesados (Camiones y autobuses).

2.2.2.- VEHCULOS LIGEROS DE PROYECTO

Los vehculos ligeros de proyecto pueden ser utilizados en:

- Intersecciones menores en zonas residenciales donde el nmero de vehculos que

realizan vueltas no es significativo.

- Intersecciones mayores que dispongan de carriles de estacionamiento y cruces

peatonales demarcados, que obliguen el uso de radios pequeos en las esquinas aun

aceptables.

1


2/19

- reas urbanas con intersecciones a nivel sobre calles arteriales, siempre que se

disponga de carriles de cambio de velocidad y que las vueltas de camiones sea

ocasional.

2.2.3.- VEHCULOS PESADOS DE PROYECTO

Los vehculos pesados de proyecto pueden ser utilizados en:

-

Terminales de pasajeros y de cargas.

- Autopistas y arterias rpidas, siempre y cuando sea grande el nmero de

movimientos de vueltas.

2.2.4.- CLASIFICACIN DE VEHCULOS SEGN NORMA DE DISEO

Segn el servicio nacional de caminos (S.N.C.) los vehculos del pas se clasifican en 4

grandes grupos detalladas en la tabla N 2.1.

Tabla N 2.1 Clasificacin se vehculos segn el Servicio Nacional de Caminos

GRUPODE

CLASIFI-CACION

CARACTE-RSTICAS

DELVEHCULO

ANCHOTOTAL

(m)

LARGOTOTAL

(m)

RADIOMNIMO DELA RUEDAEXTERNA

DELANTERA(m)

RADIO MNIMODE LA RUEDA

INTERNATRASERA

(m)

DETALLES

VP Automviles 2,10 5,80 7.30 4.70

Vehculos livianos como

automviles, camionetas,vagonetas, minibuses, etc.

COAutobuses y

camiones2,60 9,10 12.80 8.70

Vehculos comerciales de dosejes, comprenden a camiones yautobuses comerciales,normalmente de dos ejes y 6ruedas.

OAutobuses

interurbanos 2,60 12,20 12.80 7.10

Automviles y camiones demayores dimensiones. Losautobuses empleadosgeneralmente para viajes delargas distancias y turismo.Estos vehculos son de mayorlongitud que las COy puedencontar con 3 ejes.

SR Camin semi remolque 2,60 16,80 13.70 6.00

Vehculo comercial articulado,

compuesto normalmente deuna unidad tractora y un

semiremolque o remolque de 2

ejes o ms.

Ref. Servicio Nacional de Caminos (S.N.C.)

2


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AUTOMOVIL(VP)

CAMIONDEDOSEJES(CO)

BUSINTERURBANO(O)

CAMIONSEMIREMOLQUE

(SR)

CAMIONSEMIREMOLQUE

(SR)

Ref.ServicioNacionaldeCaminos(SN

C)

FiguraN2.1Esquemad

evehculossegnnormadediseo

3


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2.2.5.- RADIO DE GIRO

Se define como radio de giro al radio de la circunferencia descrita por su rueda delantera

exterior al girar a pequea velocidad cuando su direccin ha sido girada totalmente.

- Vueltas a baja velocidad (Velocidades 15 Km./hr.):

El radio de las curvas es controlado por las huellas de giro mnimas de las velocidades, esta

situacin se presenta en intersecciones agudas.

- Vueltas a alta velocidad (Velocidades cercanas al 70% de la velocidad de proyecto):

El radio de la curvas es controlado por el peralte y friccin lateral entre llantas y la

superficie de rodamiento, esta situacin se presenta en las curvas a campo abierto y en lascurvas de los enlaces en intersecciones importantes.

- Razones por lo que un vehculo se sale de la curva:

- Porque el peralte de la curva no es suficiente para contrarrestar la velocidad

produciendo el derrape o deslizamiento del vehculo.

- Por la presencia de hielo, arena, agua, aceite y otros elementos sobre el pavimento.

2.2.6.-FUERZA CENTRIFUGA

Es la fuerza que tiende a conservar el movimiento en lnea recta si es que el vehculo

cambia su trayectoria de movimiento rectilneo a curvilneo, es decir que tiende a desviar el

vehculo hacia fuera de su trayectoria normal.

El efecto centrfugo se elimina con la sobre elevacin o peralte, junto con el peso propio del

vehculo y la friccin entre llantas y el pavimento, logrando la estabilidad del vehculo en la

curva.

4


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HORIZONTAL

1

s

X

tF

yF

xF

xP

y

PP

FCbba-BOLIVIA

CBA-125

Ref. Ingeniera de Trnsito de Rafael Cal y Mayor R. & James Crdenas G.

Figura N 2.2 Estabilidad del vehculo en curva

Segn las leyes de la dinmica esta fuerza es:

amF =

Donde:

F = Fuerza Centrfuga

m = Masa de vehculo

a = Aceleracin radial

La relacin entre la masa m y la aceleracin radial a es:

g

Pm= ;

R

va

2

=

5


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Donde:

P = Peso del vehculo.

g = Aceleracin debida a la gravedad.v = Velocidad del vehculo.

R = Radio de la curva circular.

Reemplazando valores se tiene:

Rg

vPamF

2

==

En la figura N 2.2 se muestra un esquema de las fuerzas externas que actan en un

vehculo que circula sobre una curva y que tiende a deslizarlo o volcarlo hacia la parte

exterior de la curva.

El efecto centrfugo se elimina a travs de:

- La Fuerza de friccin transversal Ft entre llantas y el pavimento que se opone al

deslizamiento lateral del vehculo.

-

La inclinacin transversal de la calzada, denominada sobre elevacin o peralte.

-

El peso propio del vehculo.

Con la ayuda de la figura N 2.2 realizamos:

0Fx =

0FFP txx =+

txx FPF =

Puesto que:

Fuerza de friccin transversal = Fuerza Normal x ft; (ft= Coef. de friccin transversal)Fuerza Normal = Fy+ Py

Entonces:

tyyt fPFF +=

Por lo tanto:

tyyxx fPFPF +=

6


7/19

Despejando ft:

( )yyxx

t PF

PF

f +

=

Descomponiendo fuerzas se tiene:

cosFFx = ; senPPx =

senFFy = ; cosPPy =

Reemplazando las fuerzas anteriores en ft:

cosPsenF

senPcosFft +

=

Dividiendo el numerador y el denominador entre cos :

( )( ) PtanF

tanPFft

+

= ; tan = sobre elevacin = s

ReemplazandoRg

vPF

2

= en la anterior ecuacin:

( )

PsRg

vP

sPRg

vP

f2

2

t

+

=

Simplificando P:

1Rgsv

sRg

v

f2

2

t+

=

( )sf1Rg

vfs t

2

t

=+ ; 0sft en la prctica.

Rg

vfs

2

t

=+

7


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Expresando la velocidad v en Km/h, el radio R en metros y sustituyendo g por 9.81m/s2, se obtiene la siguiente expresin:

Rg

v0,007865fs

2

t

=+ (2.1)

2.2.7.- GRADO DE CURVATURA (G)

Se definegrado de curvaturacomo el valor del ngulo central correspondiente a un arco o

una cuerda de determinada longitud, escogidos como arco unidad a cuerda unidad c

(ver figura N 2.3).

PI

PTPC

ca

2G

GG

R

R


Figura N 2.3 Grado de curvatura de una curva circular.

2.2.8.- RELACIN ENTRE EL RADIO (R) Y EL GRADO DE CURVATURA (G)

Se relacionan en base a dos sistemas:

-

Sistema Arco Grado- Sistema Cuerda Grado.

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2.2.8.1.- Sistema arco grado

R

G

a

R

Ref. Elaboracin propia

Figura N 2.4 Sistema Arco Grado.

Se tiene:

R2

360

a

G

=

Despejando G se tiene:

aR

180G

=

El valor de a puede ser considerado 5 m, 10 m, 20 m, etc. Pero el valor ms utilizado es a

= 20 metros, reemplazando el valor de y el valor de a en metros (el Radio R tendr

unidades de metro), por lo tanto se obtiene la siguiente ecuacin:

20R..3,1415926.

180

G =

R

1145,92G= (2.2)

9


10/19

2.2.8.2.- Sistema cuerda grado

c2

2

R

G

G

2

c

R

Ref. Elaboracin propia

Figura N 2.5 Sistema Cuerda Grado.

Se tiene:

=R

c/2

2

GSen

=

R2

cSen

2

G 1

=

R2

cSen2G 1 (2.3)

2.2.9.- SOBRE ELEVACIN MXIMA

La tabla N 2.2 presenta las sobre elevaciones mximas de acuerdo a la zona y el porcentaje

vehicular.

Tabla N 2.2 Sobre Elevaciones mximas

Smax OBSERVACION12 % En lugares sin heladas ni nevadas y porcentaje mnimo de vehculos pesados10 % En lugares sin nieve o hielo y gran porcentaje de vehculos pesados8 % En lugares donde las heladas o nevadas son frecuentes6 % En zonas urbanas


Establecida la sobre elevacin mxima Smax y la velocidad de proyecto v, se puede

determinar el radio de curvatura mnima Rmin y el grado de curvatura mximo Gmax,

mediante las siguientes ecuaciones:

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tmax

2

min fS

v0,007865R

+

= (2.4)

2tmax

maxv

)f(S146000G

+= (2.5)

Haciendo uso de las dos ecuaciones anteriores, considerando diferentes valores para: el

coeficiente de friccin lateral o transversal ft, sobre elevacin mxima Smax y para cada

velocidad de proyecto v, se obtienen los radios mnimos y grados mximos de curvatura,

que se detallara en la tabla 2.3:

Tabla N 2.3 Radios mnimos y Grados mximos de curvaturaVALORES PARA PROYECTOSmax=0,12 Smax=0,10 Smax=0,08 Smax=0,06

Velocidadde

Proyectov

Coeficientede friccin

lateralft Rmin Gmax Rmin Gmax Rmin Gmax Rmin Gmax

30 0,280 17,70 64,75 18,63 61,51 19,66 58,29 20,82 55,0440 0,230 35,95 31,88 38,13 30,05 40,59 28,23 43,39 26,4150 0,190 63,43 18,07 67,80 16,90 72,82 15,74 78,65 14,5760 0,165 99,35 11,53 106,85 10,72 115,57 9,92 125,84 9,1170 0,150 142,74 8,03 154,15 7,43 167,56 6,84 183,52 6,2480 0,140 193,60 5,92 209,73 5,46 228,80 5,01 251,68 4,55

90 0,135 249,83 4,59 271,09 4,23 296,31 3,87 326,70 3,51100 0,130 314,60 3,64 341,96 3,35 374,52 3,06 413,95 2,77110 0,125 388,43 2,95 422,96 2,71 464,23 2,47 514,41 2,23


Para radios R mayores que el radio mnimo Rmin, se realiza una reparticin

inversamente proporcional:

minmax R

1S = ;

R

1s=

Igualando se tiene:

RsRS minmax =

Despejando s:

maxmin SR

Rs

= (2.6)

11


12/19

2.2.10.- DISTANCIA PARA DETENER UN VEHCULO

2.2.10.1.- Distancia de parada

La distancia de parada o distancia total para detener un vehculo, depende de los tiempos de

percepcin, de reaccin y de frenado.

Por lo tanto la distancia de parada o distancia total se expresa:

frpp dddD ++= (2.7)

Donde:

dp = Distancia recorrida durante el tiempo de Percepcin.dr = Distancia recorrida durante el tiempo de Reaccin.

df = Distancia recorrida durante el tiempo de Frenado.

Fl

fV

0VV

0

P

F

para o continua

Posicin final:

frenos

Aplica los

percibe la situacin

Posicin inicial:

Dp

dfp r

d + d


Figura N 2.6 Distancia de parada.

2.2.10.2.- Distancia recorrida durante el tiempo de percepcin y reaccin (dp + dr )

Estas distancias se llevan a cabo mediante el proceso denominado PIEV, que tiene 4

componentes de reaccin debido a un estimulo exterior, estos componentes son:Percepcin, Inteleccin, Emocin y Volicin.

1) Percepcin.- Impresin material producida en los sentidos por un estimulo exterior.

Para un conductor, es el intervalo de tiempo comprendido entre la aparicin del objeto

exterior y su reconocimiento a travs de su sensacin visual.

2) Inteleccin.- Es el tiempo necesario para comparar y registrar las nuevas sensaciones,

es decir se entiende la situacin.

12


13/19

3) Emocin.- Es la agitacin del nimo producto de la percepcin y el entendimiento de

la situacin. Durante este tiempo el conductor utiliza el juicio y la experiencia para

tomar una actitud o llegar a una decisin.

4) Volicin.- Acto por el cual la voluntad determina hacer algo. Es el tiempo necesario

para llevar a la accin de decisin tomada.

El tiempo total de percepcin y reaccin o tiempo durante el PIEV (tPIEV), es el tiempo que

transcurre desde que el conductor recibe la informacin hasta que se inicia la respuesta del

vehculo. Vara dependiendo del estado fsico y psquico del conductor.

El tiempo de percepcin y reaccin varia entre 0,5 y 4 segundos. Para fines de proyecto y

de clculo se emplea un valor promedio de 2,5 segundos, durante este tiempo la velocidad

del vehculo v0 se considera constante.

Por tanto se tiene:

dp + dr= v0* tPromedio

dp + dr= v0* tPIEV

Sabemos que:

tPIEV = 2,5 segundos

v = Km/hdp + dr= metros

Finalmente se obtiene la siguiente expresin:

( ) ( ) ( )( )

( )( )seg3600h1

km1

m1000seg.2.5Km/hvdd 0rp =+

0rp v0,694dd =+ (2.8)

2.2.10.3.- Distancia de frenado (df)La distancia de frenado depende de:

- La friccin entre llantas y pavimento.

- El peso del vehculo.

- El nmero de ejes

- El tipo de pavimento, etc.

La distancia de frenado df, es el recorrido del vehculo en movimiento uniformemente

decelerado, por tanto:

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14/19

2

tatvd

2

0f

=

Para movimiento uniformemente decelerado y cuando el vehculo se detiene se tiene que:

tav0 =

Despejando t :

a

vt 0=

Reemplazando:

2

a

va

va

vd

2

0

00

f

=

2

20

20

f a2

va

a

vd

=

a2

vd

20

f

=

Sabemos que:

La fuerza amF =

La fuerza de friccin longitudinal que contrarresta la fuerza F es: Peso*fF ll =

Donde:fl = Coeficiente de friccin longitudinal

gmPeso =

( )2m/s9,81g=

Igualando: lFF=

g)(mfam l = ; reduciendo y despejando a se tiene:

gfa l= ; reemplazando este valor en la ecuacin a2

vd

20

f

= :

14


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( )( )

( )( )

( )( )22

2

2

22

2l

2220

fs3600

h1

Km1

m1000

m/s9,81f2

/hKmvd

=

[ ]mf254

vd

l

20

f

= (2.9)

Sustituyendo las ecuaciones (2.8) y (2.9) en la ecuacin (2.7) tenemos:

( )l

20

0p f254

vv0,694D

+= (2.10)

Para fines de proyecto, usando las ecuaciones anteriores y tomando coeficientes variables

de friccin longitudinal fl se obtiene los siguientes valores de distancia de parada Dp,

en condiciones de pavimento mojado y a nivel.

Tabla N 2.4 Distancia de parada en pavimento mojado y a nivelPercepcin-

ReaccinDistancia de parada

Dp(m)

Velocidadde

Proyecto(Km/h)

Velocidadde

marcha(Km/h)

Tiempo(Seg.)

Distanciadp+ dr

(m)

Coeficientede friccin

longitudinalfl

Distanciade

frenadodf

(m) Calculada Proyecto30 28 2,5 19,43 0,400 7,72 27,15 25

40 37 2,5 25,68 0,380 14,18 39,86 4050 46 2,5 31,92 0,360 23,14 55,06 5560 55 2,5 38,17 0,340 35,03 73,20 7570 63 2,5 43,72 0,325 48,08 91,80 9080 71 2,5 49,27 0,310 64,02 113,29 11590 79 2,5 54,83 0,305 80,56 135,39 135100 86 2,5 59,68 0,300 97,06 156,74 155110 92 2,5 63,85 0,295 112,96 176,81 175


2.2.10.4.- Distancia de parada para un vehculo con velocidad despus de aplicar losfrenos sobre una va con pendiente longitudinal

( )[ ]metros

pf254

vvd

l

2f

20

f

= (2.11)

Debido a que la distancia de frenado df es menor en ascenso que en descenso de una

pendiente se tiene que:

+ p = pendientes ascendentes.

- p = pendientes descendentes.

15


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Si el vehculo se detiene completamente (vf= 0) se tiene:

( )[ ]metrospf254 vd l

2

0f= (2.12)

Y la distancia de parada ser:

( )( )pf254

vv0,694D

l

20

0p

+= (2.13)

2.3.- LA VIALIDAD O VA

El tercer elemento fundamental del trfico es la vialidad o la va por el que se mueven losvehculos.

La va es una infraestructura de transporte especialmente acondicionada dentro de toda una

faja de terreno, con el propsito de permitir la circulacin de vehculos de manera continua

en el espacio y en el tiempo, con niveles adecuados de seguridad y comodidad. El elevado

nivel de vida de un pas se relaciona con un excelente sistema vial o viceversa.

2.3.1.- CLASIFICACION DE LAS VIAS

2.3.1.1.- Segn su competencia-Carreteras Nacionales, son aquellas a cargo del Servicio Nacional de Caminos.

-Carreteras Departamentales, son aquella de propiedad de los departamentos y forman la

red secundaria de carreteras.

-Carreteras Veredales o Vecinales, son aquellas vas a cargo del Servicio de Caminos

Vecinales y forman la red terciaria de carreteras.

-Carreteras Distritales y Municipales, son aquellas vas urbanas y/o suburbanas y rurales

a cargo del distrito o municipio.

2.3.1.2.- Segn sus caractersticas

-Autopistas, es una va de calzadas separadas cada una con dos o mas carriles, con control

total de accesos. Las entradas y salidas de las autopistas se realizan nicamente a travs

de intersecciones a desnivel comnmente llamados distribuidores.

-Carreteras Multicarriles, son carreteras divididas o no, con dos o ms carriles por

sentido, con control parcial de accesos. Las entradas y salidas se realizan a travs de

intersecciones a desnivel y a nivel.

16


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-Carreteras de dos carriles, constan de una sola calzada de dos carriles, uno por cada

sentido de circulacin, con intersecciones a nivel y acceso directo desde sus mrgenes.

2.3.1.3.- Segn el tipo de terreno

-Carreteras en terreno plano, es la combinacin de alineamientos horizontal y vertical,

que permite a los vehculos pesados mantener aproximadamente la misma velocidad que

la de los vehculos livianos.

-Carreteras en terreno ondulado, es la combinacin de alineamientos horizontal y

vertical, que obliga a los vehculos pesados a reducir sus velocidades significativamente

por debajo de la de los vehculos livianos, sin ocasionar que aquellos operen a

velocidades sostenidas en pendiente por un intervalo de tiempo largo.-Carreteras en terreno montaoso, es la combinacin de alineamientos horizontal y

vertical, que obliga a los vehculos pesados a circular a velocidad sostenida en pendiente

a lo largo de distancias considerables o durante intervalos frecuentes.

-Carreteras en terreno escarpado, es la combinacin de alineamientos horizontal y

vertical, que obliga a los vehculos pesados a operar a menores velocidades sostenidas en

pendiente que aquellas a la que operan en terreno montaoso, para distancias

significativas o a intervalos muy frecuentes.

2.3.1.4.- Segn su funcin

-Carreteras Principales o de Primer Orden,son aquellas vas troncales, transversales y de

accesos a capitales de departamento, que cumplen la funcin bsica de integrar las

principales zonas de produccin y de consumo del pas y de este con los dems pases.

-Carreteras Secundarias o de Segundo Orden, son aquellas vas que unen cabeceras

municipales entre si y/o que provienen de una cabecera municipal y conectan con una

principal.

-Carreteras Terciarias o de tercer Orden, son aquellas vas de acceso que unen cabeceras

municipales con sus veredas entre si.

2.3.1.5.- Segn la velocidad de diseo

La velocidad de diseo o velocidad de proyectose define como la mxima velocidad segura

y cmoda que puede ser mantenida en un tramo determinado de una va, cuando las

condiciones son tan favorables y que las caractersticas geomtricas de la va gobiernan la

circulacin. La velocidad de diseo define las caractersticas geomtricas mnimas de todos

los elementos del trazado, en condiciones de control y seguridad.

17


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En la tabla N 2.5 se establecen los rangos de las velocidades de diseo que se debe utilizar

en funcin del tipo de carretera segn la definicin legal y el tipo de terreno.

Tabla N 2.5 Clasificacin de las carreteras segn la velocidad de diseo

VELOCIDAD DE DISEO (Km/h)TIPODE CARRETERA

TIPODE TERRENO 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120PlanoOnduladoMontaoso

Carretera Principalde dos calzadas

EscarpadoPlanoOnduladoMontaoso

Carretera Principalde una calzada


CarreteraSecundaria


CarreteraTerciaria

EscarpadoRef. Diseo Geomtrico de Carreteras de James Crdenas Grisales.

2.3.2.-PARTES INTEGRANTES DE UNA VIA

- Calzada o superficie de rodamiento:Es aquella faja acondicionada especialmente para

el trnsito de los vehculos.

- Carril: Es aquella parte de la calzada o superficie de rodamiento, de ancho suficiente

para la circulacin de una sola fila de vehculos.

-Acotamientos o bermas:Son fajas laterales que sirven de confinamiento lateral de la

superficie de rodamiento y que eventualmente puede usarse como estacionamiento

provisional para alojar vehculos en caso de emergencia.

-

Corona:Es la superficie terminada de una carretera, comprendida entre los hombros,por lo que incluye la calzada mas los acotamientos.

-Hombro: Es el punto de interseccin de las lneas definidas por el talud del terrapln o

el talud interior de la cuneta con la corona.

- Cunetas: Van paralelamente a los acotamientos, destinadas a facilitar el drenaje

superficie longitudinal de la carretera.

18


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- Contra cunetas o zanjas de coronamiento: Puede existir en aquellos tramos donde se

prevea la necesidad de desviar las corrientes de agua y evitar que invadan la carretera o

sobrecarguen la cuneta.- Taludes: Son las superficies laterales inclinadas, comprendidos entre las cunetas y el

terreno natural.

-Drenaje transversal: Esta formado por las alcantarillas y estructuras mayores por

ejemplo los puentes, que permitan que el agua cruce de un lado a otro de la carretera sin

invadir su superficie.

-Rasante:Como eje, es la proyeccin vertical del desarrollo del eje real de la superficie

de rodamiento de la carretera.

-Subrasante: Es la superficie de terreno especialmente acondicionada sobre la cual se

apoya la estructura del pavimento

-Pavimento: Es la superficie especialmente tratada con materiales perdurables y que

permitan un trnsito rpido, eficiente y sin polvo.

Carril CarrilBerma Berma

Calzada

Corona

Cuneta

Talud Rasante

Sub - RasantePavimento Pavimento

Eje

Ref. Diseo Geomtrico de Carreteras de James Crdenas Grisales.

Figura N 2.7 Distancia de parada.

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