I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. ESTUDIO A DISEÑO FINAL DISTTRIBUIDOR VIAL TINTAMAYU MEMORIA DE CÁLCULO DISEÑO GEOMETRICO 1 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. MEMORIA DE DISEÑO GEOMÉTRICO VIAL 1. ANTECEDENTES Desde el principio de la existencia del ser humano sé a observado su necesidad por comunicarse, por lo cual fue desarrollando diversos métodos para la construcción de caminos, desde los caminos a base de piedra y aglomerante hasta nuestra época con métodos perfeccionados basándose en la experiencia que conducen a grandes autopistas de pavimento flexible o rígido. Una carretera o ruta es una vía de dominio y uso público, proyectada y construida fundamentalmente para la circulación de vehículos automóviles. Existen diversos tipos de carreteras, aunque coloquialmente se usa el término carretera para definir a la carretera convencional que puede estar conectada, a través de accesos, a las propiedades colindantes, diferenciándolas de otro tipo de carreteras, las autovías y autopistas, que no pueden tener pasos y cruces al mismo nivel. Es por esto que el proyecto que realizaremos desarrollará el tema sobre uno de estos métodos, el cual se refiere al diseño geométrico que describirá las definiciones de carretera y todas sus características así como todas aquellas especificaciones necesarias para poder cumplir con los requisitos del manual de la Administradora Boliviana de Carreteras (ABC). 2. GENERALIDADES El primer paso para el trazado de una vía o carretera es un estudio de viabilidad que determine el nudo viario, donde podría situarse el trazado de la vía. Generalmente se estudian varios corredores, viaductos y/o nudos viarios, se estima cuál puede ser el coste económico, ambiental o social de la construcción del mismo. Una vez elegido la tipología, se determina el trazado exacto, minimizando el coste y diseñando y calculando los elementos necesarios. El diseño geométrico de una vía, nudo viario y/o viaducto, es el ordenamiento y correlación de sus elementos físicos tales como alineamientos horizontales, alineamientos verticales y secciones transversales con las condiciones de operación de los vehículos y las características del terreno. En este sentido, la carretera queda geométricamente definida por el trazado de su eje en planta y en perfil y por el trazado de su sección transversal, con el propósito de que la vía sea funcional, segura, cómoda, estética, económica y compatible con el medio ambiente. 2 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. 3. CRITERIOS Y PARÁMETROS DE DISEÑO 3.1. Categoría del camino Para determinar la categoría del camino, se tomó en cuenta el sistema de clasificación funcional para el Diseño Geométrico de las Normas de la Administradora Boliviana de Carreteras (ABC), Roadway design standars AASHTO 2007, en ese entendido se categorizó el camino correspondiente, de acuerdo a los criterios que se enuncian a continuación. 3.1.1. Tipo de terreno Para la clasificación del tipo de carretera se considera la clasificación en seis categorías divididas en dos grupos según el Manual de la Administradora Boliviana de Carreteras ABC. − Carreteras: Autopistas, Autorrutas y Primarias − Caminos: Colectores, Locales y de Desarrollo Cada Categoría se subdivide según las Velocidades de Proyecto (Vp) consideradas al interior de la categoría. Las Vp más altas corresponden a trazados en terrenos Llanos, las intermedias en terrenos ondulados y las más bajas a terreno montañoso o cuyo extorno presenta limitaciones severas para el trazado. El alcance general de dicha terminología es: Terreno Llano: Está constituido por amplias extensiones libres de obstáculos naturales y una cantidad moderada de obras construidas por el hombre, lo que permite seleccionar con libertad el emplazamiento del trazado haciendo uso de muy pocos elementos de características mínimas. El relieve puede incluir ondulaciones moderadas de la rasante para minimizar las alturas de cortes y terraplenes; consecuentemente la rasante de la vía estará comprendida mayoritariamente entre ± 3%. Terreno Ondulado: Está constituido por un relieve con frecuentes cambios de cota que si bien no son demasiado importantes en términos absolutos, son repetitivos, lo que obliga a emplear frecuentemente pendientes de distinto sentido que pueden fluctuar entre 3 al 6%, según la Categoría de la ruta. El trazado en planta puede estar condicionado en buena medida por el relieve del terreno, con el objeto de evitar cortes y 3 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. terraplenes de gran altura, lo que justificará un uso más frecuente de elementos del orden de los mínimos. Según la importancia de las ondulaciones del terreno se podrá tener un Ondulado Medio o uno Franco o Fuerte. Terreno Montañoso: Está constituido por cordones montañosos o “Cuestas”, en las cuales el trazado salva desniveles considerables en términos absolutos. La rasante del proyecto presenta pendientes sostenidas de 4 a 9%, según la Categoría del Camino, ya sea subiendo o bajando. La planta está controlada por el relieve del terreno (Puntillas, Laderas de fuerte inclinación transversal, Quebradas profundas, etc.) y también por el desnivel a salvar, que en oportunidades puede obligar al uso de Curvas de Retorno. En consecuencia, el empleo de elementos de características mínimas será frecuente y obligado. En trazados por donde se atraviesan zonas urbanas o suburbanas, salvo casos particulares, no es el relieve del terreno el que condiciona el trazado, siendo el entorno de la ciudad, barrio industrial, uso de suelo, etc., el que los impone. Situaciones normalmente reguladas por el Plan Regulador y su Seccional correspondiente. En base a los valores topográficos del levantamiento realizado, reconocimiento del terreno y relevamiento del camino proyectado, se clasifica el proyecto: CLASIFICACION FUNCIONAL PARA DISEÑO DE CARRETERAS Y CAMINOS RURALES SECCION TRANSVERSAL VELOCIDADES DE CODIGO CATEGORIA Nº CARRILES Nº CALZADAS PROYECTO TIPO 120 - 100 - 80 AUTOPISTA (O) 4 ó + UD 2 A (n) - xx AUTORUTA (I.A) PRIMARIO (I.B) COLECTOR (II) LOCAL (III) DESARROLLO 4 ó + UD 2 100 - 90 - 80 AR (n) - xx 4 ó + UD 2 (1) 100 - 90 - 80 P (n) - xx 2 BD 1 100 - 90 - 80 P (2) - xx 4 ó + UD 2 (1) 80 - 70 - 60 C (n) - xx 2 BD 1 80 - 70 - 60 C (2) - xx 2 BD 1 70 - 60 - 50 - 40 L (2) - xx 1 50 - 40 - 30* D - xx 2 BD Fuente: Manual de diseño geométrico ABC – Pág. 1-24 4 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. 3.1.2. Velocidad de proyecto La velocidad de proyecto, corresponde a una velocidad de referencia que sirve de guía para definir las especificaciones mínimas, para el diseño geométrico. Esta velocidad puede mantenerse a lo largo de todo su recorrido, o puede ser definida por tramos dependiendo de las diferentes condiciones, físicas principalmente, que se vayan presentando. Terreno llano a ondulado medio 70 Km/h 60 Km/h 50-40 Km/h Terreno ondulado fuerte Terreno montañoso Velocidad de Proyecto = 40 Km/h (adoptado) 4. DISEÑO PLANÍMETRO El alineamiento horizontal también llamado trazado en planta, es la proyección sobre un plano horizontal del eje de la avenida o vía, el cual está compuesto de curvas que se adaptan al terreno. Está compuesta por líneas rectas, curvas circulares simples, compuestas, cuyos elementos geométricos están relacionados con la velocidad de proyecto para así lograr un diseño adecuado, seguro y que garantice el funcionamiento óptimo del camino. En general se trata de conseguir una buena adaptación al terreno que perturbe lo menos posible las formas naturales y poder lograr un diseño que garantice el buen funcionamiento del camino. 4.1. Anchos de carril Según ilustra la siguiente tabla 1, los anchos de carril asumidos para este proyecto son: Paso a desnivel superior 3.00m Pasos a desnivel inferior (Sub nivel) 3.0 m + 1.5m (auxiliar) Carriles de distribución a nivel de rasante 3.0 m a 3.5m 5 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. Tabla 1, anchos de carril según tipo de vía 4.2. Peralte y coeficiente de fricción transversal Cuando un vehículo se desplaza e ingresa a una curva en una carretera, actúa una fuerza centrífuga y la única que se opone a esta es la fuerza de fricción entre llantas y el pavimento, debido a que esta fuerza no es suficiente para evitar el deslizamiento transversal se busca otro componente transversalmente a la calzada denominado peralte que en conjunto con la fricción y el peso del vehículo eliminan la fuerza centrífuga. El coeficiente de fricción transversal es la fricción admisible entre el neumático y el tipo de rodadura de calzada. Este puede ser calculado con margen de seguridad razonable. Según el Manual de Carreteras de la ABC se recomienda usar valores provenientes de la siguiente tabla: Valores máximos para el peralte y la friccion transversal Caminos Vp 30 a 80 km/h Carreteras Vp 80 a 120 km/h e= 2% emáx f 7% 0,265 – V/602,4 8% 0,193 – V/1134 PERALTE f = 0.199 Fuente: Manual de diseño geométrico ABC – Pág. 2-22 6 I.S.S.A. CONCRETEC 4.3. EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. Longitudes máximas en recta Según el Manual de la ABC se procurará evitar longitudes en recta superiores a: LR (m)= 4.4. 800 m Longitudes mínimas en recta Se debe distinguir las situaciones asociadas a curvas sucesivas en distinto sentido o curvas en “S” de aquellas correspondientes a curvas en el mismo sentido. a) Curvas en “S” Deberán alcanzar o superar los mínimos que se señalan en la siguiente tabla, los que responden a una mejor definición óptica del conjunto que ya no opera como una curva en S propiamente tal, y están dados por Lr mín = 1.4 Vp Vp (Km/h) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Lr (m) 56 70 84 98 112 126 140 154 168 Lr = 56 m Fuente: Manual de diseño geométrico ABC – Pág. 2-19 b) Tramo recto entre curvas en el mismo sentido Por condiciones de guiado óptico es necesario evitar las rectas excesivamente cortas entre curvas en el mismo sentido, en especial en Terreno Llano y Ondulado Suave con velocidades de proyecto medias y altas. Vp (Km/h) 30 40 50 60 Terreno llano y ondulado - 110/55 140/70 170/85 25 55/30 70/40 85/50 Terreno montañoso 70 80 90 100 98/65 110/90 Fuente: Manual de diseño geométrico ABC – Pág. 2-19 7 110 120 195/98 220/110 250/125 280/150 305/190 330/250 I.S.S.A. CONCRETEC 4.5. EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. Curvas circulares 4.5.1. Elementos de la curva circular simple En la Figura siguiente se ilustran los diversos elementos asociados a una curva circular. La simbología normalizada que se define a continuación deberá ser respetada por el proyectista. Las medidas angulares se expresan en grados centesimales (g). Δ: Angulo de Deflexión entre ambas alineaciones, que se repite como ángulo del centro subtendido por el arco circular. PI: Punto de Inflexión; Punto de intersección entre 2 tangentes. PC: Principio de curva. PT: Principio de tangente o también Fin de curva FC. R: Radio de Curvatura del arco de círculo (m) T: Tangentes, distancias iguales entre el vértice y los puntos de tangencia del arco de círculo con las alineaciones de entrada y salida (m). Determinan el principio de curva PC y fin de curva FC, o el principio de tangente PT. CL: Cuerda Larga; es la distancia en línea recta entre el PC y PT. E: Externa; distancia desde el vértice al punto medio del arco de círculo (m). M: Ordenada media; distancia entre el punto medio de la curva o arco circular y el punto medio de la cuerda larga. Lc: Longitud de cuerda; longitud del arco de círculo entre los puntos de tangencia PC y PT (m). 8 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. ∆ 𝑇 = 𝑅 ∗ 𝑡𝑎𝑛 ( ) 2 ∆ 𝐶𝐿 = 2 ∗ 𝑅 ∗ 𝑠𝑖𝑛 ( ) 2 ∆ 𝐸 = 𝑅 ∗ [𝑠𝑒𝑐 ( ) 2 − 1] 𝐿𝐶 ∆∗𝜋∗𝑅 = 180 ∆ 𝑀 = 𝑅 ∗ [1 − 𝑐𝑜𝑠 ( )] 2 4.5.2. Curvas circulares compuestas, de dos radios, tres radios PCC: Punto común de curvas. R1: Radio de la curva de menor curvatura o mayor radio. R2: Radio de la curva de mayor curvatura o menor radio. O1: Centro de la curva de mayor radio. O1: Centro de la curva de menor radio. D1: Angulo de deflexión de la curva de mayor radio. D2: Angulo de deflexión de la curva de menor radio T1: Tangente de la curva de mayor radio. T2: Tangente de la curva de menor radio. TL: Tangente larga de la curva circular compuesta. Tc: Tangente corta de la curva circular compuesta. 9 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. 4.5.3. Elementos de la curva simétrica Espiral – Circular - Espiral PI: Punto de intersección de las tangentes principales. Pie: Punto de intersección de la espiral. PIc: Punto de intersección de la curva circular con transiciones. PC’, PT’: Principios de curva y tangente de la curva circular primitiva. PC, PT: Principios de curva y tangente en la prolongación de la curva circular desplazada. TE: Tangente-Espiral. Punto donde termina la tangente de entrada y empieza la espiral de entrada. EC: Espiral-Circular. Punto donde termina la espiral de entrada y empieza la curva circular central. CE: Circular-Espiral. Punto donde termina la curva circular central y empieza la espiral de salida. ET: Espiral-Tangente. Punto donde termina la espiral de salida y empieza la tangente de salida. P: Punto cualquiera sobre el arco de espiral. 0': Centro de la curva circular primitiva (sin transiciones). 0: Nuevo centro de la curva circular (con transiciones). Δ: Ángulo de deflexión entre las tangentes principales. 10 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. θe: Ángulo de la espiral. Ángulo entre la tangente a la espiral en él TE y la tangente en el EC. Δc: Ángulo central de la curva circular con transiciones. θ: Ángulo de deflexión principal del punto P. Ángulo entre la tangente a la espiral en él TE y la tangente en el punto P. Φ: Deflexión correspondiente al punto P. Ángulo entre la tangente a la espiral en él TE y la cuerda c'. Φc: Deflexión correspondiente al EC, o ángulo de la cuerda larga de la espiral. R: Radio de curvatura de la espiral en el punto P. Rc: Radio de la curva circular central. P: Desplazamiento (disloque o retranqueo). Distancia entre la tangente a la prolongación de la curva circular desplazada al PC y la tangente a la curva espiralizada. Te: Tangente de la curva espiral-circular-espiral. Distancia desde el PI al TE y del PI al ET. TL: Tangente larga de la espiral de TE a PIc. Tc: Tangente corta de la espiral. c': Cuerda de la espiral para el punto P. CLe: Cuerda larga de la espiral. Le: Longitud total de la espiral. Distancia desde él TE al EC. L: Longitud de la espiral, desde él TE hasta el punto P. K: Distancia a lo largo de la tangente, desde él TE hasta el PC desplazado. a: Desplazamiento del centro. Distancia desde 0' hasta 0. B: Proyección de a sobre el eje X. Ee: Externa de la curva espiral-circular-espiral. X, y x , y: Coordenadas cartesianas del punto P. xc, yc: Coordenadas cartesianas del EC. k, p: Coordenadas cartesianas del PC desplazado. xo , yo: Coordenadas cartesianas del centro de la curva circular: con transiciones. 11 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. 4.5.4. Radios mínimos Los radios mínimos para cada velocidad de proyecto serán calculados bajo el criterio de seguridad ante el deslizamiento, están dados por la expresión: Donde: Rmín: Radio Mínimo Absoluto (m) 12 I.S.S.A. CONCRETEC Vp: emáx: f: EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. Velocidad Proyecto (km/h) Peralte Máximo correspondiente a la Carretera o el Camino (m/m) Coeficiente de fricción transversal máximo correspondiente a Vp. Caminos colectores - Locales - Desarrollo Vp emax km/h (%) 30 7 0.215 25 40 7 0.199 50 50 7 0.182 80 60 7 0.165 120 70 7 0.149 180 80 7 0.132 250 f Rmin (m) Carreteras - Autopistas Autorrutas - Primarios 80 8 0.122 250 90 8 0.114 330 100 8 0.105 425 110 8 0.096 540 120 8 0.087 700 Fuente: Manual de diseño geométrico ABC – Pág. 2-22 Rmin= 57.53 m Calculado Rmin= 50 m Adoptado 4.5.5. Transición de peralte La sección transversal de la calzada sobre un alineamiento recto tiene una inclinación comúnmente llamada bombeo normal, el cual tiene por objeto facilitar el drenaje o escurrimiento de las aguas de lluvia lateralmente hacia la cuneta, asimismo la sección transversal de la calzada sobre un alineamiento curvo tendrá una inclinación asociada con el peralte. Para pasar de una sección transversal con bombeo normal a otra con peralte, es necesario realizar un cambio de inclinación de la calzada. Este cambio no puede realizarse bruscamente, sino gradualmente a lo largo de la vía ente este par de secciones. A este tramo de la vía se le llama transición de peraltado. 13 I.S.S.A. CONCRETEC Velocidad específica EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. Pendiente relativa de los bordes con respecto al eje de la vía Carril = 3.5 m (m) Ve (Km/h) Máxima (%) Mínima (%) e = 2% 30 1.28 m = 0.96 40 0.96 Bombeo = 2.0% 50 0.77 60 0.64 70 0.55 80 0.50 90 0.48 100 0.45 110 0.42 120 0.40 130 0.40 140 0.40 150 0.40 0.1 (carril) Lt = 7.29 m N= 7.29 m Curva con peralte máximo Curva con peralte máximo 2.0% 2.0% 2% 2.0% 0.0% 2.0% 2.0% 14 2% I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. 4.5.6. Sobre ancho en curvas La necesidad de proporcionar sobre ancho a la calzada en las curvas horizontales, obedece la conveniencia de ofrecer condiciones de seguridad. Las razones que justifican ese sobre ancho son: - Un vehículo que recorre una curva horizontal, ocupa un ancho mayor que el propio, porque las ruedas traseras recorren una trayectoria interior respecto a la descrita por las ruedas delanteras. - El conductor experimenta cierta dificultad, para mantener el vehículo en el centro del carril, debido al continuo cambio de dirección que produce al recorrer una curva horizontal. Sobre ancho requerido en una curva Se utiliza la fórmula de Barnett: Donde: 𝑆 = 𝑁 (𝑅 − √𝑅 2 − 𝐿2 ) 0.1𝑉 + √𝑅 S = Sobreancho N = Número de carriles. L = Distancia entre la parte frontal del vehículo y el eje trasero. R = Radio del eje de la curva. V = Velocidad de diseño. 15 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. Por su parte el manual de la AASHTO presenta tablas de sobreancho para calzadas de 7.2, 6.6 y 6.0 con valores de velocidad entre 50 y 120 Km/h y radios de curvatura entre 70 y 1500 m. Se deben hacer ajustes para vehículos con especificaciones mayores al WB18, aunque el vehículo de diseño adoptado es el ´SU´ correspondiente a un camión de dos ejes. Los valores de la siguiente Tabla han sido obtenidos teniendo en cuenta las características del vehículo que circula por la curva, el ancho de calzada en tangente, el comportamiento de los vehículos, la velocidad de diseño, el radio de la curva y un factor de seguridad igual al de la fórmula de Barnett. En general se tienen las siguientes observaciones de la tabla: • Valores de S por debajo de 0.6 m son descartados • Para calzada de 7.2 m con radios mayores de 250 m no se requiere sobreancho • Para calzada de 7.2 m y velocidad mayor de 90 Km/h no se requiere sobreancho. Fuente: Diseño geométrico de carreteras y calles AASHTO 1994 Pág. III-105 16 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. En este caso en particular el vehículo de diseño será, elegido según la tabla, cumpliendo los requisitos del manual AASHTO-Geometric Design of Hihgway and Streests: Fuente: Mínimum Turing Radio of Design Vehicle, AASHTO-Geometric Design of Hihgway and Streests 17 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. 5. DISEÑO ALTIMÉTRICO Las cotas del eje en planta de una carretera o camino al nivel de la superficie del pavimento o capa de rodadura, constituyen a rasante o línea de referencia del alineamiento vertical. La descripción grafica de esta rasante recibe el nombre de Perfil Longitudinal del Proyecto. La rasante determina las características en el alineamiento vertical de la carretera, y está constituida por sectores que presentan pendientes de diversa magnitud y/o sentido, enlazadas por curvas verticales. Las curvas verticales entre dos pendientes sucesivas, permiten lograr una transición paulatina entre pendientes de distinta magnitud y/o sentido, eliminando el quiebre de la rasante. El adecuado diseño, asegura las distancias de visibilidad requeridas por el proyecto. 5.1. Inclinación de las rasantes 5.1.1. Pendientes máximas Es la mayor pendiente que se permite en el proyecto. Su valor queda determinado por el volumen de tránsito, por la configuración o tipo de terreno por donde pasara la vía, y por la velocidad del proyecto. Pendientes longitudinales máximas para las Categorías de Caminos son. Categoría VELOCIDAD DE PROYECTO (km/h) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 10-12 10-9 9 - - - - - -(1) - Local - 10 9 8 8 - - - - - Colector - - - 8 8 8 - - - - Primario - - - - - 6 5 4.5 - - Autorrutas - - - - - 6 5 4.5 - - Autopistas - - - - - 5 - 4.5 - 4 Desarrollo ≤ 30 (1) 110 km/h no está considerada dentro del rango de Vp asociadas a las categorías Pendiente máxima = 10 % Fuente: Manual de diseño geométrico ABC – Pág. 2-64 18 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. 5.1.2. Pendientes mínimas Según Normas de ABC la pendiente longitudinal mínima será por lo menos de 0.5%, y en algunos casos hasta 0.2%, se tolerará pendientes menores a 0.2% siempre que se cumpla que el bombeo sea mayor o igual al 2.5%. En zonas de transición de peralte en que la pendiente transversal se anula, la pendiente longitudinal mínima deberá ser de 0,5% y en lo posible mayor. En caso que se den cortes, el diseño de las pendientes de las cunetas deberá permitir una rápida evacuación de las aguas, pudiendo ser necesario revestirlas para facilitar el escurrimiento. 5.1.3. Criterios de diseño para curvas verticales Una curva vertical es aquel elemento del diseño en perfil, que permite el enlace de dos tangentes verticales consecutivas, tal que a lo largo de su longitud se efectúa el cambio gradual de pendientes entre tangentes. Las curvas verticales, pueden ser cóncavas o convexas en los que se distinguen los elementos que se muestran en la siguiente figura: 19 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. Dónde: m y n = pendientes de entrada, salida respectivamente expresado [%]. PCV y PTC = Punto de entrada y salida de la curva respectivamente. PIV = punto de inflexión curva vertical o punto de intersección de las tangentes. L = Longitud mínima de la curva vertical, (m). E = Ordenada media de la parábola, (m). x = Distancia desde PCV, (m). y = Distancia desde la tangente a la curva, (m). 5.2. Visibilidad en carreteras Una de las características más importantes que deberá ofrecer el proyecto al conductor de un vehículo es la habilidad de ver hacia adelante, tal que le permita realizar una circulación segura y eficiente. 5.2.1. Distancias de visibilidad Es la longitud continua que es visible hacia adelante por el conductor de un vehículo que circula por ella. Deberá ser suficiente longitud tal que permita a los conductores desarrollar la velocidad de proyecto y a su vez poder ejecutar con seguridad las diversas maniobras a que se vea obligado o que decida efectuar. 5.2.1.1. Distancia de visibilidad de frenado Se considerará como distancia de visibilidad de parada a la distancia que existe entre un obstáculo situado sobre la calzada y la posición de un vehículo que circula en dirección a dicho obstáculo en el momento en que puede divisarlo sin que luego desaparezca de su vista hasta llegar al mismo. 20 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. El cálculo de la distancia mínima de visibilidad para frenado, corresponde a la siguiente expresión: 𝑉∗𝑡 𝑉2 𝐷𝑓 = + 3.6 254(𝑓 ± 𝑝) Dónde: Df = Distancia de frenado o parada [m]. V = velocidad de proyecto [km/h]. t = Tiempo de percepción y reacción [seg] f = fricción longitudinal entre el neumático y la calzada [adimensional] p = pendiente de la carretera. Vp (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 f 0.42 0.415 0.41 0.40 0.38 0.36 0.34 0.33 0.32 0.31 f= 0.415 Fuente: Manual de diseño geométrico ABC – Pág. 2-7 Distancia de visibilidad de frenado t= 2 seg i = (+m) - (+n) i= 16 Dp= 42.22 5.2.1.2. % m= => Curva Convexa 6 % (+) n = -10 % (-) m Distancia de adelantamiento La Distancia de adelantamiento “Da”, equivale a la visibilidad mínima que requiere un conductor para adelantar a un vehículo que se desplaza a velocidad inferior a la velocidad de proyecto, en la tabla que se muestra a continuación se presenta valores mínimos a considerar en el diseño como visibilidades adecuadas para adelantar. 21 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. Velocidad de proyecto (km/h) Distancia mínima de adelantamiento (m) 30 180 40 240 50 300 60 370 70 440 80 500 90 550 100 600 Da = 240 m Fuente: Manual de diseño geométrico ABC – Pág. 2-9 5.3. Criterios para la determinación de las longitudes de curvas verticales 5.3.1. Criterio de Operación Diseño de curvas verticales con visibilidad completa, para evitar al usuario la impresión de un cambio súbito de pendiente. 6. SECCIÓN TRANSVERSAL El diseño de la sección transversal de un camino es un problema en el cual hay que prestarle bastante atención ya que ello influye grandemente tanto en el costo de la obra como en su capacidad de tránsito. 22 I.S.S.A. CONCRETEC 6.1. EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. Elementos de la sección transversal Geométricamente la sección transversal queda definida por: Plataforma: Es la superficie visible de una vía formada por su(s), calzadas(s), sus bermas, los sobre anchos de la plataforma y su cantero central. Las plataformas pueden contener algunos elementos auxiliares, tales como barreras de seguridad, soleras iluminación o señalización. Calzada: Es una banda de material geométricamente definida de tal modo que su superficie pueda soportar cierto tránsito vehicular y permitir desplazamientos cómodos y seguros de los mismos. Berma: Son franjas exteriores a los lados de la carretera enlazados a la calzada. La berma tiene una sola calzada por tanto deben tener anchos iguales, libres de obstáculos y deben estar compactadas homogéneamente, en caso de que se trate de una carretera con calzadas separadas existirán bermas interiores y exteriores, siendo las interiores de un ancho inferior. Las bermas cumplen las siguientes funciones: Protección de la capa de rodadura. Permite un estacionamiento momentáneo. Asegura una luz libre, proporcionando seguridad psicológica al conductor. Ofrece un espacio adicional para maniobras de emergencia, evitando de esta manera los accidentes. Carril: Franja de la calzada destinada a la circulación en un sentido de una sola fila de vehículos Bombeos: Es la pendiente transversal de la plataforma en tangente (tramo recto), desde el centro hacia los bordes, en Bolivia generalmente es de 1,5% a 2%, también estará en función del estudio hidrológico de la zona de la carretera; pues la función de esta pendiente es desalojar lo más rápido posible el agua de lluvia de la calzada. Para el presente proyecto se adopta el valor de bombeo del 2%; debido a la topografía del terreno. 23 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. Es importante dar a conocer la diferencia entre bombeo y peralte; la diferencia radica en la función que cumplen los elementos, el bombeo tiene por función facilitar el drenaje o escurrimiento de las aguas pluviales lateralmente hacia las cunetas, mientras que el peralte contrarresta la fuerza centrífuga que impide que el vehículo sea arrastrado al exterior de la curva. Taludes y cunetas: Son superficies inclinadas respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las masas de tierra. ANCHO BERMAS PISTAS "bi" PROYECTO "a" (m) INTERIOR (km/h) (1) (m) EXTERIOR 3.5 1.2 100 3.5 80 ANCHO SAP (3) ANCHO CANTERO CENTRAL - M (m) ANCHO TOTAL DE PLATAFORMA A NIVEL DE RASANTE (5) "Si" "Se" INICIAL EXTERIOR 4 PISTAS (m) (m) AMPLIABLE a 6 4 PISTAS 2 PISTAS AUTOPISTA DE INTERIOR 120 2.5 0.5 - 0.8 1.5 13.0 6.0 6.0 35 28 - 1.0 2.5 0.5 - 0.8 1.0 13.0 6.0 6.0 34 27 - 3.5 1.0 2.5 0.5 - 0.8 0.8 11.0 4.0 4.0 31.6 24.6 - 100 3.5 1.0 2.5 0.5 - 0.8 1.0 13.0 6.0 6.0 34 27 - 90 3.5 1.0 2.5 0.5 - 0.8 1.0 12.0 5.0 5.0 33 26 - 80 3.5 1.0 2.0 0.5 - 0.8 0.5 - 0.8 (4) 10.0 3.0 3.0 (4) 29 22 - 80 3.5 1.0 2.0 0.5 - 0.8 0.5 - 0.8 (4) 10.0 3.0 3.0 (4) 29 22 - 70 3.5 0.6 - 0.7 1.5 0.5 - 0.8 0.5 - 0.8 (4) 9.0 2.0 2.0 (4) 27 20 - 60 3.5 0.6 - 0.7 1.0 0.5 - 0.8 0.5 - 0.8 (4) 9.0 2.0 2.0 (4) 26 19 - 100 3.5 - - - 1.0 - - - - - 14.0 90 3.5 - - - 1.0 - - - - - 14.0 80 3.5 - - - 0.5 - 0.8 - - - - - 12.0 80 3.5 - - - 0.5 - 0.8 - - - - - 11.0 70 3.5 - - - 0.5 - 0.8 - - - - - 10 - 11 60 3.0 - 3.5 - - - 0.5 - 0.8 - - - - - 8 - 10 50 3.0 - 3.5 - - - 0.5 - - - - - 8 - 10 40 3.0 - - - 0.5 - - - - - 7-8 30 2.0 - 3.0 - - - 0.5 - - - - - 5-6 CALZADAS Y CALZADA BIDIRECCIONAL PRIMARIO COLECTOR LOCAL DESARROLLO COLECTOR CATEGORIA CALZADAS UNIDIRECCIONALES VELOCIDAD ANCHO PRIMARIO Y AUTORRUTA NUMERO DE "be" (m) FINAL FINAL=INICIAL 6 PISTAS 4 PISTAS ATP=na+2(be+Se)+M final 6 PISTAS Y 4 AMPLIABLE Fuente: Manual de diseño geométrico ABC – Tabla 3.1-1 Bombeos La pendiente transversal de la calzada debe ser suficiente para asegurar un adecuado escurrimiento de las aguas superficiales, para evitar que la infiltración afecte la estructura del pavimento y para disminuir las posibilidades de formación de láminas de agua, peligrosas durante la circulación de los vehículos. Las calzadas deben tener una inclinación transversal mínima o de bombeo que dependen del tipo de superficie de rodadura y de la intensidad de la lluvia en 1 hora de duración con periodos de retorno de 10 años (T10) mm/hrs. Propias del área en que se emplaza el trazado, en la tabla siguiente se detalla, en función del tipo de superficie de rodadura los valores recomendados del bombeo a emplearse en el proyecto: 24 I.S.S.A. CONCRETEC Tipo de superficie EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. Pendiene transversal (I´10 )≤15mm/h ( 1) (I´10 )>15mm/h ( 1) 2.0 2.5 Pav . de Hormigón o Asfalto Tratamiento Superficial Tierra, Grav a, Chancado 3.0 (2) 3.5 3.0 - 3.5 (2) 3.5 - 4.0 (1) Determinar mediante estudio hidrológico (2) En climas definidamente desérticos, se pueden rebajar los bombeos hasta un v alor límite de 2,5% Fuente: Manual de diseño geométrico ABC – Pág. 3-9 Taludes La determinación de las pendientes de los taludes, depende de la aplicación de criterios de seguridad, estabilidad, mantenimiento, estética y economía. El diseño de taludes, variará a lo largo de la obra según sea la calidad y estratificación de los suelos encontrados. El diseño de los taludes de terraplén por concepto de seguridad, considerará taludes (V:H); los que deberán emplearse con o sin Barreras de Contención, según sea el TPDA de la ruta y la altura H (m) del terraplén. Cunetas Cuando la vía discurre en corte, las aguas que sobre ella caen, o las que llegan a ella superficial o subterráneamente, no pueden ser eliminadas sino mediante su conducción hacia zonas donde ello es posible. Esta conducción debe hacerse con la mayor rapidez, para evitar que las aguas fluyan sobre la plataforma o que se infiltren dañando la estructura. Para ello se recurre a las cunetas, a los subdrenes y a los colectores de aguas lluvia. Las primeras, situadas entre la plataforma y el talud del corte, recolectan las aguas superficiales. Si su profundidad es suficiente, también pueden dar cuenta en algunos casos, de las aguas subterráneas que amenacen las capas de base y subbase. Los drenes sólo recogen aguas freáticas o infiltradas a través de la plataforma y de los taludes. Los colectores de aguas de lluvia se pueden considerar cuando la capacidad de la cuneta es insuficiente para evitar la inundación de uno o más carriles durante las precipitaciones de diseño. 25 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. Desarrollo de peraltes La implementación del peralte obliga a efectuar un giro de la calzada alrededor de un eje de rotación longitudinal a la misma y debe tomar en cuenta diversas condicionantes como ser: Cuestiones relativas al drenaje Diferencia admisible de cota entre los bordes extremos de la plataforma o entre los bordes del cantero central, cuando este existe. Adaptación de la sección transversal al terreno natural. Consideraciones estéticas, económicas y/o de seguridad. Necesidades resultantes de intersecciones a nivel o de zonas de enlace. Se debe implementar de tal manera que, en el punto en que comienza la curva la curva circular, se haya alcanzado el peralte requerido por el radio de dicha curva. Dentro de la curva de transición se producirá el giro de la calzada, comenzando desde una sección donde la parte de la calzada con pendiente transversal contraria al peralte se encuentra en posición horizontal, hasta concluir con el peralte al finalizar la clotoide. Si en el tramo recto toda, o parte, de la calzada tiene una pendiente transversal contraria al peralte, esa parte tendrá que rotar a lo largo de una longitud T en el tramo en tangente, hasta hacerse horizontal en el punto en que comienza la clotoide. Dicha rotación continuará hasta que toda la calzada forme un plano con pendiente del mismo sentido al del peralte a implementar; a partir de ese punto, la calzada seguirá girando alrededor del eje de rotación previamente Seleccionado, para alcanzar el peralte requerido por el radio circular, en el punto donde finalizó la clotoide. 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. 26 I.S.S.A. CONCRETEC EMPRESA CONSTRUCTORA ROYAL S.R.L. 7. MOVIMIENTO DE TIERRAS La modificación de la configuración natural del terreno conlleva operaciones de extracción y/o aporte de tierras. Al conjunto de estos trabajos se le conoce como movimiento de tierras y se especifica en volumen de tierras a mover (en m3), desglosado en dos apartados: Volumen de desmonte: m3 de tierras a extraer. Volumen de terraplén: m3 de tierras a aportar. En los movimientos de tierras se debe procurar compensar los volúmenes de desmonte y terraplén con objeto de no tener que transportar tierras sobrantes a vertederos o necesitar "préstamo" de tierras para terraplenado, pero siempre queda un residuo como diferencia entre los volúmenes de desmonte y terraplén. El movimiento de tierras es uno de los aspectos de mayor influencia en el costo de una carretera y es por eso que uno de los objetivos para el diseño vial será el de realizar el menor movimiento de tierras posible, con el mejor balance entre los volúmenes de corte y relleno. Cálculo de volúmenes El cálculo del movimiento de tierra se hace de forma simplificada según las áreas de cada dos perfiles transversales y la distancia que los separa, distinguiendo 3 casos distintos: 1º Dos perfiles en corte o en terraplén. 2º Un perfil en corte y otro en terraplén. 3º Un perfil o los dos a media ladera. 27
