DISEO GEOMETRICO DE CARRETERAS

Ing. Yulieth Maldonado

INTRODUCCIONLas vas de comunicacin estn presentes en cada una de las actividades que realizamos en la cotidianidad. A travs de ellas nos trasladamos de un sitio a otro, sirviendo de conexin social, cultural y econmica dentro de una comunidad. En Venezuela, las carreteras son el medio vial mas utilizado en desarrollo integral de la nacin; es por ello que el tema de estudio que se presenta se relaciona con las herramientas necesarias para satisfacer los requerimientos del diseo geomtrico de una va, segn las Normas para el proyecto de Carreteras NORVIAL y las Normas del M.T.C del ao 1996.

OBJETIVO GENERALBrindar las herramientas necesarias para desarrollar la capacidad y destreza suficiente con la finalidad de unir dos puntos geogrficos mediante el Diseo Geomtrico de una Carretera, resolviendo y afrontando los problemas que en este campo de la Ingeniera Civil se presenten.

OBJETIVOS ESPECIFICOS Establecer los elementos que componen el diseo geomtrico de una va. va. Identificar los elementos de las Curvas Circulares y la Clotoide como elemento de transicin en la va. va. Determinar los movimientos de los vehculos en curvas segn el diseo de alineamientos horizontales. horizontales.

El diseo geomtrico correlacionaAspectos Fsicos: Alineamientos.

Pendientes.

El diseo geomtrico correlacionaAspectos Fsicos: Distancia de visibilidad.

Ancho del carril.

El diseo geomtrico correlacionaCondiciones de operacin: Facilidades de frenado. Aceleracin. Condiciones de seguridad.

Elementos que intervienen en el Diseo GeomtricoCamino Ancho Hombrillo Calzada

Diseo Geomtrico

Pendiente de taludes Horizontales Curvas Verticales Pendientes Transito

Factores que intervienen en el Diseo GeomtricoTerreno llano Configuracin del terreno Terreno ondulado Terreno montaoso

FactoresTransito

Volumen (T.M.D.A) Composicin Distribucin (50%-50%) Capacidad (Max. n de veh.) Crecimiento Vel. Directriz Velocidad Vel. de Operacin Vel. de Marcha

ALINEAMIENTORepresenta la rasante de la va en el plano topogrfico. Planta - Perfil Longitudinal

ALINEAMIENTO HORIZONTALDebe ofrecer seguridad y permitir, asimismo, uniformidad de operacin a velocidad uniforme, en trayectos de longitud apreciable de una carretera.

ALINEAMIENTO HORIZONTAL Requisitos Generales: Seguridad al transito relacionada con el perfil de la rasante. Tipo de servicio. Velocidad de proyecto. Topografa y costo de construccin.

ALINEAMIENTO HORIZONTAL Variacin de la curvatura: La curvatura debe ser consistente con la velocidad de proyecto. proyecto. La velocidad de proyecto en zona de fuerte curvatura lo determina los radios menores. menores. La reduccin de la velocidad de proyecto en trayectos de velocidades y condiciones topogrficas particulares debe hacerse a razn de 5 Km/h por curva y en ningn caso mayor a Km/h 15 Km/h por curva. Km/h curva.

ALINEAMIENTO HORIZONTAL Variacin de la curvatura: No se debe enlazar un alineamiento recto con curvas de radios menores a los indicados

ALINEAMIENTO HORIZONTAL Variacin de la curvatura: Si existe un enlace de curvatura fuerte entre una ladera y terreno llano, la velocidad de proyecto debe aumentarse gradualmente al final de la montaa. montaa. De no ser asi se efectuara al comienzo del terreno llano. llano. Las curvas debern ser siempre suficientemente largas, a fin de evitar la sensacin de quiebres bruscos en los alineamientos. alineamientos.

ALINEAMIENTO HORIZONTAL Rectas de paso:Ofrecen oportunidades de paso en carreteras de dos carriles. Deben disponerse lo mas carriles. frecuentemente posible, siendo 800 metros la longitud minima adecuada de ellas. ellas.

ALINEAMIENTO HORIZONTAL

Qu se debe evitar?????

ALINEAMIENTO HORIZONTALCurvas Compuestas: pues sino se define bien la curvatura, conlleva al conductor a realizar maniobras indeseadas. El enlace debe hacer por enlace de espiral y la longitud total no debe ser menor de 150 metros y procurar que el radio mayor no exceda en 2.5 veces al menor. Curvas Revertidas: deben estar provistas de sus correspondientes espirales de transicin. Su empleo debe limitarse a terrenos montaosos y condiciones especiales en vas urbanas.

ALINEAMIENTO HORIZONTAL

Curvas Consecutivas con Recta Intermedia Corta: se puede procurar resolver con una sola curva o curvas compuestas, si son de igual sentido; o curvas revertidas si son de sentido contrario. La longitud del trayecto con bombeo normal, por lo menos, debe tener 40 metros.

Localizacin de Puentes: esto es por el aspecto irregular y la brusca sensacin que le produce al conductor. Debe ubicarse un estructura para que la transicin del peralte no se extienda al puente. Si se impone la curvatura de ser con curvas simples, tan amplias y planas como la topografa lo permita. En ningn caso se debe disear curvas compuestas.

Curvas CircularesValores mnimos permitidos por las Normas Venezolanas con peralte mximo del 10%

Curvas CircularesRadios mnimos en los que no se requiere peralte:

Clasificacin y Elementos de las Curvas CircularesCurva Circular Simple:PI: Punto de interseccin TE: Tangente de entrada TS: Tangente de salida : Angulo de deflexin R: Radio de la curva T: Semi-tangente Lc: Largo de la curva CL: Cuerda Larga CC: Punto medio de la curva E: Externa M: Ordenada Media

Clasificacin y Elementos de las Curvas CircularesCurva Circular Simple:( T ! R v tg 2 T v Rv( Lc ! 180 CL ! 2 v R v sen ( 2 ( E ! R v sec 1 2 ( M ! R v 1 cos 2

Clasificacin y Elementos de las Curvas CircularesCurva Compuesta:

PCC: Punto compuesta

de

curvatura

Tambin existen otros tipos de curvas compuestas, como por ejemplo de tres centros.

Clasificacin y Elementos de las Curvas CircularesCurva Revertida:

PCR: Punto de Curvatura Revertida

Curvas de TransicinCurva Revertida: La discontinuidad de la curvatura que existe en el punto de unin de los alineamientos rectos con las curvas circulares no pueden aceptarse en un trazado racional. El peralte debe existir en toda la curva circular, pasando del bombeo a su valor mediante una transicin a la curva y a la recta. El cambio o paso de un vehiculo de la parte recta de la carretera a la curva, debe resultar imperceptible para el conductor. En ese paso las ruedas delanteras varan su posicin.

La Clotoide como Curva de TransicinVentajas: Es un espiral, es decir la curvatura varia proporcionalmente con la longitud de su desarrollo, siendo cero al comienzo. Su formula es sencilla: Rxl=K2, ligando el radio y la longitud, ambos diferentes en cada punto de la clotoide. El parmetro K, es siempre constante para una misma clotoide. Todas las clotoides tienen la misma forma pero diferentes tamaos.

La Clotoide como Curva de TransicinVentajas: Al aumentar o reducir la clotoide, todas sus medidas lineales cambian en la misma proporcin De la clotoide cuyo parmetro es la unidad, se pueden derivar los elementos de cualquier otra clotoide por simple producto de sus elementos unitarios. Las clotoides de parmetro grande aumentan levemente su curvatura, por lo que son aptas para velocidades altas

Elementos de la ClotoidePI: Punto de interseccin de las tangentes TE: Punto comn de la tangente y la curva espiral ET: Punto comn de la curva espiral y la tangente EC: Punto comn de la curva espiral y la circular CE: Punto comn de la curva circular y la curva espiral PC: Punto a donde se desplaza el TE o TS de la curva circular

Elementos de la Clotoide: Angulo de deflexin entre las tangentes : Angulo de deflexin entre la tangente de entrada y la tangente de un punto cualquiera de la clotoide Angulo de deflexin entre las tangentes de los extremos de la curva espiral Angulo que subtiende el arco EC-CE Rc: Radio circular de la curvac: e:

R: Radio de la curvatura de la espiral en cualquiera de sus puntos

Elementos de la Clotoidele: Longitud total de la curvaespiral

l: Longitud total de la espiral

desde la TE hasta un punto cualquiera de ella

lc:

Longitud de la curva circular. Te: Tangente entre TE y PI TL: Tangente larga de la espiral TC: Tangente corta de la espiral

Xc y yc: Coordenadas de la EC

Elementos de la Clotoide

k, p: Coordenadas del PC de la curva circular Ee: Externa de la curva total

Formulas mas usadas para el calculo de los elementos de la ClotoideRc v le R! lRadio en cualquier punto a una distancia de origen

le Ue ! 2 Rc

En radianes

90 v le Ue ! T v Rc

En grados sexagesimales

Formulas mas usadas para el calculo de los elementos de la Clotoidele ! 2 v Rc v UeoT v Rc v Ue le ! 90

( ! ( 2Uek ! xc yc v CtgUe

L ! le lc le

p ! yc Rc (1 cos Ue) ! yc Rc v senversUeCuando p es menor a 30 cms. No usamos curva de transicin

Formulas mas usadas para el calculo de los elementos de la Clotoide( Te ! k ( Rc p )tg 2

TL ! xc yc v CtgUe( Ee ! ( p Rc ) sec Rc 2

yc TC ! senUe

Formulas mas usadas para el calculo de los elementos de la ClotoideLas Normas Venezolanas fijan los siguientes valores mnimos para la longitud de la clotoide

le u 30metros

o

V3 le ! 0,0522 6,64 v V v e RcPara radios menores de 500 metros y donde e es el peralte expresado en forma decimal

Criterios de las Normas Venezolanas para determinar la Longitud minima de la Clotoide1.2.-

le u 30metros2a.2b.-

le u a v P v n3 le u v A v P v n 4

Cuando se rota 1 canal respecto al eje de rotacin Cuando se rota 2 canales respecto al eje de rotacin Cuando se rota 3 canales respecto al eje de rotacin

2 2c.- le u v A v P v n 33.- le ! 0,0522

Vp

3

Rc

6,64 v Vp v P

Para Rc

500 mts

Criterios de las Normas Venezolanas para determinar la Longitud minima de la ClotoideDonde: Le: Longitud minima de la curva de transicin Vp: Velocidad de proyecto Rc: Radio de la curva circular P: Peralte en decimales n: Pendiente relativa entre el eje de rotacin y el borde alejado del pavimento a: Ancho del canal mts .. mts Km/h . mts

A: Ancho de rotacin o sea la diferencia entre el eje de rotacin para el peralte y el borde externo del canal mas alejado ... mts

Ejemplo Curva Circular SimplePara una curva circular simple se tienen los siguientes elementos: Rumbo de la tangente de entrada: N 7620 E Rumbo de la tangente de salida: N 1940 E Abscisa del punto de interseccin de las tangentes, PI: k2+226 Coordenadas del PI: 800 N , 700 E Cuerda unidad: 20 m Radio de curvatura: 150 m Calcular los elementos geomtricos de la curva; las abscisas del PC y el PT; las coordenadas del PC, el PT y el centro de la curva; y las deflexiones de la curva.

ConclusionesEn el diseo geomtrico de las carreteras en el estudio de alineamientos horizontales se debe tener en cuenta los controles generales del tipo de va a proyectar en funcin de las necesidades de la lugar donde se este proyectando. La topografa y la velocidad de proyecto estn relacionadas directamente a la seguridad y el confort que sentir el conductor al desplazarse por el tramo de carretera una vez construido, adems que influye tambin en los costos de construccin de la va. Adems dentro de las consideraciones el alineamiento horizontal debe proporcionar en todos los trayectos de la carretera la visibilidad mayor segn la velocidad de proyecto correspondiente (Esto punto se tratara en el desarrollo de los alineamientos verticales)

Bibliografa

Jacob Carciente Carreteras Estudios y Proyecto. Ediciones Vega, SRL. Segunda Edicin 1980, Caracas. Ministerio de Transporte y Comunicaciones. Normas de Proyectos de Carreteras. Direccin General de Vialidad, Oficina de Normas. Edicin 1985 y Provisional 1996. Caracas Sergio Hitrovo B. Manual de Estudio para la Ctedra de Vas de comunicacin I. Publicacin de la Facultad de Ingeniera de la Universidad de Carabobo, 1999. Valencia