Notas DG 3 Curvas VyH

8/11/2019 Notas DG 3 Curvas VyH

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Infraestructura del transporte terrestre

Diseño Geométrico

Curvas horizontales y verticales

Ing. Roberto D. [email protected]

Ing. Arturo [email protected]

mailto:[email protected]






2 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2008)

Es la máxima velocidad a la cual un conductor dehabilidad media manejando con razonable atención puede circular con entera seguridad.

Es la máxima velocidad segura que puede mantenersesobre una sección específica de camino cuando las

condiciones son tan favorables que las característicasde diseño de la carretera gobiernan (AASHTO '94).

Una velocidad seleccionada, usada para determinarlas varias características de diseño geométrico de laplataforma. (AASHTO '01)

Rige el diseño de todos los elementos del camino: unavez seleccionada, todas las características pertinentesde la carretera deberían relacionarse a la velocidaddirectriz para obtener un diseño equilibrado.

Velocidad de diseñoVelocidad directriz (VD)




Velocidad de diseñoVelocidad directriz (VD)

No debería suponerse unaVD baja donde latopografía es tal queprobablemente losconductores viajen a altasvelocidades.

Los conductores noajustan sus velocidades ala importancia de lacarretera, sino a supercepción de laslimitaciones físicas, y por

consiguiente, el tránsito.La VD seleccionadadebería ajustarse a losdeseos y hábitos de viajede casi todos losconductores.




C o t a s ( m )

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

1

2

3

4

56 7

8 9

10

1112 13 14

15

17

15

Progresivas (km)

Progresivas (km)

Trazado de un caminoConcepto General

Trazado: Definición - en planta y en elevación - de lascoordenadas de la rasante del camino.

PLANIMETRÍA

ALTIMETRÍA

(desarrollada)

EH = 1:5000EV = 1:100




Trazado de un caminoPlano Tipo




Trazado planimétricoPrincipios

Disponer la mayor cantidad posible de rectas. No disponer tramos rectos de más de 10 km de

longitud, interponiendo curvas amplias(mantenimiento de la atención del conductor).

Evitar trazados contiguos a vías férreas

(accesibilidad + empalmes). Atravesar cursos de agua en puntos estables delcauce y preferentemente en forma normal a losmismos.

Cruzar vías férreas preferentemente a distinto nivelo a nivel en forma normal (nunca inferior a los 60°).

Distancia de visibilidad ≥ distancia de detención entodo el camino.

Zonas de sobrepaso permitido a no más de 2minutos de distancia a la Vd.


http://slidepdf.com/reader/full/notas-dg-3-curvas-vyh 7/397 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2008)

Trazado altimétricoCruces

Cruce de caminos a distinto nivel o p/debajo víaférrea: Altura Libre de Paso (ALP) = 4,80m Altura de la estructura (AE) = 1,40m H = 6,20m

Cruce de camino sobre vía férrea: Trocha ancha (1,676m) ALP = 5,20m H = 6,60m Trocha media (1,435m) ALP = 5,10m H = 6,50m Trocha angosta (1,000m) ALP = 4,40m H = 5,80m

Revancha de la estructura sobre cursos de agua:

Curso permanente = 1,00m Alcantarillas = 0,40m

Altura de rasante sobre aguas libres: Aguas subterráneas = 1,80 m Zonas inundables = 1,00 m



Sección transversal de una obra vialPerfiles viales: calzadas indivisas



Sección transversal de una obra vialPerfiles viales: calzadas divididas

Deseable

Intermedio

Con restricciones

Secciones de plataforma para carreterasdivididas9 3 73 12

6 3 73 76 Cada pavimento inclinado en dos

sentidos

Cada pavimento inclinado en un sentido



Sección transversal de una obra vialPerfiles viales: Barreras centrales y laterales

Barreras Centrales Típicas Barreras Laterales Típicas



Diseño geométricoDistancia de detención

Distancia de detención: es la distancia que recorre unconductor de habilidad media, circulando con lavelocidad de diseño, desde que observa un obstáculohasta que se detiene.

El tiempo de detención se divide en: Tiempo de percepción y reacción (tP): es el tiempoque transcurre desde que se observa el obstáculohasta que se acciona el freno.

Tiempo de frenado (tF): es el tiempo que transcurredesde que se accionan los frenos hasta que se detieneel vehículo.




0sencos

W fW a

g

W Condición de equilibrio estático

Distancia de frenado cos x D F

[2]

[3]

Sustituyendo [3] en [1], resulta:

cos2

2

0

2

F D

vv

a

FUERZAS ACTUANTES (rampa)

Y luego sustituyendo en [2], ydividiendo por W cos:

i f g

vv D F

2

22

0

senW

cosW

W

ma

cosW N

cos fW fN F

a

vv x x

2

2

0

2

0

[1]




0sencos

W fW a

g

W Condición de equilibrio estático

Distancia de frenado cos x D F

[2’]

[3]

Sustituyendo [3] en [1], resulta:

cos2

2

0

2

F D

vv

a

FUERZAS ACTUANTES (pendiente)

Y luego sustituyendo en [2’], ydividiendo por W cos:

i f g

vv D F

2

22

0

senW

cosW

W

ma

cosW N

cos fW fN F

a

vv x x

2

2

0

2

0

[1]




Distancia de frenado:

Donde:VD Velocidad de diseño [km/h]f L Coeficiente de fricción longitudinal

i Pendiente (tan

)

Distancia de percepción:

Donde:tP Tiempo de percepción [seg] = 2,5”

VD Velocidad de diseño [km/h]

Distancia de detención:

i f

V Dl

D F

254

2 VD (km/h)60

80

100

120

140

160

f l 0,35

0,32

0,29

0,27

0,26

0,25

i f

V t V D D D

l

D P D F P D

2546,3

. 2

6,3

. D P P

V t D



Diseño geométricoDistancia de detención (AASTHO 01)

Distancia de frenado:

Donde:VD Velocidad de diseño [km/h]a Desaceleración = 3,4m/s2

i Pendiente (tan

)

Distancia de percepción:Donde:tP Tiempo de percepción [seg] = 2,5”

VD Velocidad de diseño [km/h]

Distancia de detención:

a

V D D

F

2039,0

D P P V t D ..278,0

ia

V D D

F

81,9254

2

ia

V t V D D P D D

81,9

254

..278.02



Diseño geométricoDistancia de sobrepaso

Distancia de sobrepaso:Distancia que necesita un vehículo para sobrepasar aotro que marcha en igual sentido en el mismo carrilsin peligro de interferir con un tercer vehículo que sehace visible al iniciar la maniobra y que circula en

sentido contrario por el carril que se utiliza para elsobrepaso.



Diseño geométricoDistancia de sobrepaso

Ejemplo: VD = 120km/hDS = 840m

DS V D 7



Diseño geométricoDistancia de decisión

Distancia de visibilidad de decisión:Distancia requerida por un conductor para detectarinformación inesperada o peligro, reconocer el peligroo la amenaza, seleccionar una velocidad y unatrayectoria adecuadas, e iniciar y completar segura y

eficientemente la maniobra requerida.Ejemplo: VD = 120km/h A 305m Parada en camino rural B 505m Parada en camino urbano C 375m Cambio Vel./Tray./Dir. camino rural D 415m Cambio Vel./Tray./Dir. camino suburbano E 470m Cambio Vel./Tray./Dir. camino urbano



Diseño geométricoDistancias de detención, sobrepaso y decisión

Ejemplo para VD = 120km/h Distancia de detención

Distancia reacción: 84 m Distancia frenado horizontal: 202 m Distancia visibilidad de detención: 286 m

c/pendiente 6% en bajada Distancia visibilidad de detención: 341 m

Distancia de visibilidad de decisión: A-Parada en camino rural 305 m B-Parada en camino urbano 505 m

Distancia de sobrepaso Vel. supuesta veh. adelantado 91km/h Vel. supuesta veh. que se adelanta 106km/h Distancia visibilidad de adelantamiento mínima 792 m



Diseño altimétricoCurvas verticales

Objeto:Vincular verticalmente dos rasantes - al menos una deellas no horizontal - que forman por lo tanto un ciertoángulo entre sí.

Los tramos rectos - de distintas pendienteslongitudinales - se empalman mediante una parábolacontenida en el plano vertical.



Convexas

Cóncavas

Diseño altimétricoCurvas verticales: tipos



Diseño altimétricoCurvas verticales: longitud mínima

Los factores a considerar para el cálculo de la longitudmínima (L) de la curva vertical son:

SeguridadVisión de un obstáculo con anticipación suficiente

para detener el vehículo. ComodidadLimitación de la aceleración radial (0,3m/s2).

Estética

Rasante sin quiebres.




Según la DNV

H1 = 1,10 m (altura del ojo del automovilista)

H1’ = 0,65 m (altura del faro)

H2 = 0,20 m (altura del objeto)

Diseño altimétricoCurvas verticales: longitud mínima

Longitud Mínima (L) por seguridad: El conductor debever un obstáculo imprevisto con la debidaanticipación, de modo que pueda detener su vehículo,circulando a la velocidad de diseño, antes dealcanzarlo.

Sentado en un automóvil, debe ver un objeto de alturaH2 sobre el pavimento a una distancia mayor o igual ala distancia de detención.




Elementos de la Curva Vertical

L Longitud de curva verticalPC Principio de curva

FC Fin de curvai1 ,i2 pendientesPIV Punto de intersección verticalE Externa

PIV

PC

FC

i1

i2

Ecuación de la parábola:

Externa:

Lii

E

800

12

Diseño altimétricoCurvas verticales: elementos

xi x Lii y

1002001212





Curvas Convexas:Δi=i1- i2 > 0

S < L

S > L

221

2

200 hh

S A L

221

2

200 hh

D L Di

A

hhS L

2

212002

i

D

hh D L

2

212002




Se adopta lalongitud mayorde los 3 casos


Curvas Convexas:Δi=i1- i2 > 0

Por seguridad:

Por comodidad:

Por estética:

i D L D ..0032,0 2

iV L D ..0025,0 2

DV L .7,0

Nota: Δi en [%] / DD y L en [m] / VD en [km/h]

i

D D L

0032,0

2

DD < L

DD > L




PC FC

L

L/2

Δi


Curvas Cóncavas:Δi=i1- i2 < 0

S < L

S > L

tan200

2

S h

S A L

A

S hS L

tan2002

tan200

2

D

Di

Dh

D L

i

D D

Dh D L

tan2002




PC FC

L

L/2

Δi

D

D

Di D L5,3130

.2


Curvas Cóncavas:Δi=i1- i2 < 0

Por seguridad:

Por comodidad:

Por estética:

iV L D ..0025,0 2

DV L .7,0

i

D D L D

D

5,3130

2Se adopta lalongitud mayorde los 3 casos

Nota: Δi en [%] / DD y L en [m] / VD en [km/h]

DD < L

DD > L




Diseño altimétricoSíntesis de los pasos

1. Cálculo diferencia de pendientes i = |i2–i1|2. Cálculo de la Distancia de Detención (DD) en

función de Vd.3. Cálculo de la longitud de curva más crítica (más

larga).

4. Cálculo de la externa.5. Replanteo.




Diseño planimétricoCurvas horizontales

Objeto:Vincular en planta dos alineamientos de rasantes queforman un cierto ángulo horizontal entre sípermitiendo desarrollar progresivamente las fuerzascentrífugas y desarrollar el peralte para compensarlas

parcialmente.

Compuestas por una curva circular y dos curvas detransición (espirales) a la entrada y salida.




R

V f p D

T *127

2

Valores máximos peralte p=tg

• 10% en zonas montañosas

• 8% en zonas llanas

• 6% en áreas urbanas

VD en km/hR en metrosf T = coeficiente de fricción transversalf T = f (VD ) ≈ 0,13 (100 km/h).

Diseño planimétricoCurvas horizontales: peralte

Peralte: Inclinación de la calzada hacia el bordeinterno de la curva que sirve para atenuar ocompensar parcialmente la acción de la fuerzacentrífuga que tiende a producir el deslizamiento ovuelco del vehículo.




VD en km/hR en metrosf T = coeficiente de fricción transversalf T = f (VD ) ≈ 0,13 (100 km/h).


cos.)cos..( C T C F Wsen f W sen F

cos..cos... C T T C F Wsen f W f sen F R

v

g

W am F DC C

2

..

cos...cos.

2

R

v

g

W

Wsen f W

D

T

R g

v f DT

.tan

2

R

V f p D

T *127

2





Radio mínimo de curva circular (Rc): Caminos rurales primarios : entre 250 y 350 m

(excepcionalmente en zonas montañosas se pueden encontrarradios de 175 m)

Colectoras : 107 m Caminos residenciales: 34 m

Criterios, para peralte dado: Desgate mínimo (f T=0) Radio mínimo

VD (km/h)

60

80

100

120

140

f T

0,15

0,14

0,13

0,12

0,11




Diseño planimétricoCurvas horizontales: transición

Curva de transición: Se diseña de tal manera que seaconstante la variación de la aceleración centrífuga alpasar del tramo recto al curvo (evita el deslizamientotransversal o vuelco y la incomodidad de la variaciónbrusca).

Espiral:

C

De

R

V L

*28

3

Donde:

VD = velocidad de diseño (km/h)

R c = radio de la curva circular (m)

e

C

L s R

2.. Ak L R s eC

s A

vva D D

C .2

22

2

2

A

v

s

a DC

2

3

2

2

.

A

vv

A

v

t

s

s

a

t

a D D

DC C

é




PI Punto intersección tangentes principales

TE Punto común de la tangente y la espiralEC Punto común de la espiral y la circularCE Punto común de la circular y la espiralET Punto común de la espiral y la tangente

c

ee

R

L

*2

360***2 c

cc R L

ec *2 ect L L L *2

Diseño planimétricoCurvas horizontales: elementos

Rc Radio curva circularLe Longitud de la curva espiral

Lc Longitud de la curva circularentre EC y CETe Segmento de tangente principal

entre TE y PIE ExternaΔ Ángulo entre tangentes principalesΔc Ángulo tangentes en EC y CEΘe Ángulo tangentes extremas espiralK y P Coordenadas de Pc con respecto a TE

ñ é




Máxima pendiente de la rampa al peralte (%) = 40 / Vd, para una dada

longitud de la curva de transición.

Diseño planimétricoCurvas horizontales: transición del peralte

Alrededor del eje del camino Alrededor del borde interno

Forma de llegar a la curva circular con el máximo peralte.

i ñ l i é i




Diseño planimétricoSíntesis de los pasos

1. Cálculo del radio de la curva horizontal, para:1.1 Desgaste mínimo (f T=0)1.2 Radio mínimo

2. Cálculo de la longitud espiral (Le)3. Verificación de la condición de pendiente

longitudinal máxima iL<iMAX=40/VD 4. Cálculo de los ángulos

4.1 De las tangentes extremas de la curva espiral4.2 De las tangentes extremas de la curva circular

5. Cálculo de las longitudes (espiral, circular, total)

6. Replanteo de la curva horizontal

Di ñ l i é i




Diseño planimétricoCurvas horizontales: replanteo

eC L X

K P RT e

2

tan

eT PI TE Pr Pr

3/* eeC LY

12/* ee L P

2/e L K

Segmento de tangente principal entre TE y PI

R P R E e

2

sec

Externa de la curva total

Progresivas

e LTE EC Pr Pr

e L ET CE Pr Pr

t LTE ET Pr Pr

Di ñ l i ét i



Diseño planimétricoCurvas horizontales: verificación pendiente longitudinal

Giro alrededor del eje

D

MAX L

e

LV

i L

a pi

40.,

Giro alrededor del borde interno

Le

p.a

D

MAX L

e

LV

i L

f a pi

40..2,

2.p.a

Le

f

En ambos casos, si con la Le calculada (s/ficha 72) no verifica, se debe adoptar una Le mayor,y recalcular

e. También habrá que verificar que 2

e < .

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