Infraestructura del Transporte Terrestre

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1 Infraestructura del Transporte Terrestre
NOTAS DE CLASE Infraestructura del Transporte Terrestre Diseño Geométrico Ing. Roberto D. Agosta Ing. Arturo Papazian Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

2 Contenido Conceptos básicos. Factores que influencian en diseño vial.
Criterios generales de diseño. Perfil transversal Trazado altimétrico: curvas verticales. Trazado planimétrico: curvas horizontales/peraltes. Desagües y drenajes. Movimiento de suelos. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

3 Definiciones El diseño geométrico de la carretera se refiere a los cálculos y análisis hechos por los ingenieros del transporte para ajustar la carretera a la topografía del lugar, satisfaciendo estándares de seguridad, de servicio y de funcionamiento. Generalmente, tiene los siguientes objetivos: 1. Determinar la traza de la carretera propuesta. 2. Incorporar características físicas al alineamiento del camino para asegurar que los conductores tienen suficiente visión del camino (y de los obstáculos) hacia adelante de modo que puedan ajustar su velocidad de viaje para mantener seguridad y calidad de conducción. 3. Proporcionar una base para evaluar y planificar la construcción de la sección transversal de la carretera propuesta. Fuente: The Handbook of Highway Engineering. CRC Press, 2006 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

4 Definiciones Diseño geométrico: se refiere al dimensionamiento de los elementos físicos de la infraestructura, diferenciándose de otros aspectos del diseño, como el estructural. Comprende 5 aspectos básicos: sección transversal del camino; curvas horizontales (planimetría); curvas verticales (altimetría); peraltes; y desagües y drenajes. Trazado: Definición - en planta y en elevación - de las coordenadas de la rasante del camino. Rasante: Línea de eje del camino a la altura de la calzada. Comprende el dimensionamiento de los elementos físicos, como curvas horizontales y verticales, ancho de carriles, secciones transversales y bahías de estacionamiento. Las características del conductor, del peatón, del vehículo y del camino, sirven de base para la determinación de las dimensiones físicas de estos elementos. El objetivo básico del diseño geométrico de las carreteras es producir una instalación que tenga un flujo continuo y que esté libre de accidentes. Diseño Geométrico de Carreteras y Calles, AASHTO Traducción Autorizada EGIC-1994. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

5 Bibliografía The Green Book 2001
A Policy on Geometric Design of Highways and Streets American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) THE 2001 GREEN BOOK Diseño Geométrico de Carreteras y Calles, AASHTO Traducción Autorizada EGIC-1997 TOMO I - Elementos I. Funciones de las carreteras II. Controles y criterios de diseño III. Elementos de diseño IV. Elementos de la sección transversal TOMO II - Carreteras, calles y autopistas V. Caminos y calles locales VI. Caminos y calles colectores VII. Caminos y calles arteriales rurales y urbanos VIII. Autopistas TOMO III - Intersecciones y distribuidores IX. Intersecciones a nivel X. Separaciones de nivel y distribuidores Bibliografía adicional: Ingeniería de Tránsito y de Carreteras, Garber & Hoel, Ed. Thomson 3º Ed., 2005. Transportation Engineering & Planning, C.S.Papacostas - P.D. Prevedouros, Prentice Hall 3º Ed., 2001. The Handbook of Highway Engineering - Chapter 6 - Highway Geometric Design, R.L. Cheu, CRC Taylor & Francis Group, 2006 The Civil Engineering Handbook - Chapter 63 - Geometric Design, Said M. Easa, CRC Press, 2º Ed., 2003. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

6 Elementos de la sección transversal de una obra vial
Paquete estructural: pavimento (capa de rodamiento), base y subbase. Rasante Banquina Carril Talud Alambrado Contratalud Alcantarilla Cuneta Subrasante Calzada Perfil transversal - Sección típica camino rural de dos carriles Calzada: Superficie sobre la que circulan los vehículos. Carril: Superficie de la calzada sobre la que circula una única fila de vehículos. Ancho típico de 3,0m a 3,6m Los índices de accidentes para grandes camiones tienden a crecer cuando la superficie del pavimento es menor que 6,6 m de ancho. La capacidad de las carreteras disminuye si el ancho de carril es menor que 3,6 m En zonas urbanas se usan anchos de 2,7-3,0 m (flujo restringido) La pendiente transversal permite el escurrimiento (valores 1% a 2%) Banquina: Superficie adyacente a la calzada destinada al estacionamiento de vehículos en casos de emergencia. Gradadas o útiles. Banquinas pavimentadas o no pavimentadas a ambos lados del camino, para situaciones de emergencia Hace los caminos más seguros Impide roturas del pavimento Cuneta: Canal de desagüe. Cunetas con talud suficiente para evitar deslizamientos Rasante: Línea de eje del camino a la altura de la calzada. Subrasante: Línea de eje del camino a la altura del apoyo del pavimento. La separación de carriles se materializa mediante líneas longitudinales en el pavimento. Zona de Camino (expropiación) Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

7 Factores que influencian el diseño vial Resumen
Funcionalidad de la vía: categoría (especial y de I a V) clasificación funcional velocidad de diseño. Tránsito: volumen esperado de tránsito composición vehicular (clasificación) nivel de servicio que se va a suministrar. Vehículo de diseño Características de manejo. Topografía / geotecnia / clima: terreno llano, ondulado o montañoso. tipos de suelos y yacimientos de materiales naturales. ladera del sol en zonas de heladas. Consideraciones de seguridad Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

8 Factores que influencian el diseño vial Resumen
Otros factores: Costos unitarios de insumos. Disponibilidad de recursos financieros. Consideraciones sociales: aislamiento de barrios estética de diseño Consideraciones ambientales: áreas sensibles medidas de mitigación Estos factores son importantes, aunque en general se toman en consideración en las etapas preliminares de diseño. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

9 Factores que influencian el diseño vial Funcionalidad de la vía: movimientos
Jerarquías de movimientos: movimiento principal; transición; distribución; colección; acceso; y terminación. Caminos colectores Destino Arterias de velocidad moderada Reducción de velocidad en las ramas Movimiento ininterrumpido, flujo de alta velocidad Cada una de las 6 etapas de un viaje típico es manejada por una obra separada proyectada específicamente para su función. No siempre se necesitan las obras intermedias. La completa jerarquía de las obras de circulación se relaciona especialmente a las condiciones de desarrollos urbanos de baja densidad, donde los flujos de tránsito se acumulan sobre sucesivos elementos del sistema La falla en reconocer y acomodar mediante el adecuado diseño cada una de las diferentes etapas de la jerarquía de movimientos es una causa prominente de la obsolescencia vial. Cada elemento de la jerarquía funcional puede servir como una obra de colección para el siguiente elemento más alto, pero un elemento debe estar presente sólo donde la colección intermedia sea necesaria para satisfacer los requerimientos de espaciamiento y volumen de tránsito de la siguiente obra más alta. Mediante la definición del espaciamiento y requerimiento del volumen de tránsito de cada obra siguiente más alta, es posible determinar en cuáles casos es necesario usar el sistema completo en el cual los elementos de casos intermedios pueden omitirse. Diseño Geométrico de Carreteras y Calles, AASHTO-1994 (Traducción EGIC) Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

10 Categorización de viajes Clasificación funcional
Factores que influencian el diseño vial Funcionalidad de la vía: relaciones funcionales Categorización de viajes Clasificación funcional Clasificación s/área: Caminos rurales Caminos urbanos La mayoría de los viajes comprenden movimientos a través de las redes de caminos y pueden categorizarse con relación a tales redes en forma lógica y eficiente. De este modo, la clasificación funcional de caminos y calles es consistente con la categorización de viajes. En la Figura I.2A, las líneas de deseo de viaje son rectas que conectan los orígenes y destinos de los viajes (círculos). El ancho relativo de las líneas indica las cantidades relativas de deseos de viaje; El tamaño relativo de los círculos indica la relativa generación de viajes y el poder de atracción de los lugares. Dado que no es práctico dar conexiones de líneas directas para cada línea de deseo, los viajes deben calizarse sobre una red de caminos limitada en la forma mostrada en la Figura I-2B. Los movimientos de viaje más cargados son servidos directamente o casi así; los movimientos más pequeños son canalizados dentro de trayectorias algo indirectas. (Diseño Geométrico de Carreteras y Calles, AASHTO-1994) ≠ Uso del suelo ≠ Patrones de viaje ≠ Densidad población Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

11 Factores que influencian el diseño vial Clasificación funcional de caminos rurales
Zona rural Arterias principales Autopistas Otras arterias principales Arterias menores Colectoras rurales Caminos locales rurales Clasificación funcional: Las carreteras se clasifican de acuerdo con sus funciones respectivas en términos de la naturaleza del servicio que suministran. Este sistema de clasificación facilita: el desarrollo sistemático de las carreteras, y la asignación lógica de las responsabilidades de la misma entre las diferentes jurisdicciones: Nacional (DNV, OCCOVI), provincial (direcciones provinciales de vialidad) y municipal. En primer lugar, las carreteras y calles se clasifican como caminos rurales o urbanos dependiendo del área en que se localizan. Esta clasificación primaria es esencial ya que las áreas urbanas y rurales tienen características fundamentalmente diferentes, en especial aquellas relacionadas con el uso del suelo y con la densidad de la población, lo que influye marcadamente en los patrones de viaje. (Ingeniería de Tránsito y de Carreteras, Garber & Hoel, Ed. Thomson 3º Ed., 2005) Después de la clasificación primaria, las carreteras se clasifican entonces en forma separada para áreas urbanas y rurales en las siguientes categorías: Caminos principales Caminos secundarios Caminos colectores principales Caminos colectores secundarios Vías y calles locales Las autopistas no se listan como una clase funcional separada ya que en general se clasifican como parte del sistema principal de caminos. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

12 Factores que influencian el diseño vial Sistema funcional de vías urbanas
Zona urbana Arterias principales urbanas Autopistas Avenidas, calles principales Arterias menores Calles colectoras Calles locales Después de la clasificación primaria, las carreteras se clasifican entonces en forma separada para áreas urbanas y rurales en las siguientes categorías: Caminos principales Caminos secundarios Caminos colectores principales Caminos colectores secundarios Vías y calles locales Las autopistas no se listan como una clase funcional separada ya que en general se clasifican como parte del sistema principal de caminos. (Ingeniería de Tránsito y de Carreteras, Garber & Hoel, Ed. Thomson 3º Ed., 2005) Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

13 Factores que influencian el diseño vial Funcionalidad de la vía: funciones de las calles
SOCIAL Es la que desempeña la vía pública como ámbito de relaciones que ligan la vida de cada persona, vecino, ciudadano, con la de su comunidad, vecindario o ciudad. AMBIENTAL O ECOLOGICA Es la que cumple la vía al proporcionar luz, aire y un medio ambiente propicio en torno a los edificios. ACCESO Se refiere a la utilización de la vía en el componente peatonal de un viaje vehicular, ya sea de personas o de bienes, tanto en los extremos de viaje como en los transbordos. También comprende el ingreso de los vehículos, o su salida, a o de edificios y predios, así como el estacionamiento en la adyacencia de éstos TRÁNSITO O MOVILIDAD Es la que cumple la vía en tanto sirve a los movimientos vehiculares, ya sea de una parte de la ciudad a otra, como desde o hacia el exterior de la misma. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

14 Factores que influencian el diseño vial Funcionalidad de la vía: acceso vs. movilidad
Tipos de vías según el control de acceso y la participación de tránsito pasante ACCESO vs. MOVILIDAD Junto con la idea de categorización del tránsito, está el papel doble que la red de carreteras y calles juega en la provisión de (1) acceso a la propiedad y (2) movilidad de viaje El acceso es un requerimiento fijo de la zona definida. La movilidad está dada al variar los niveles de servicios. La movilidad puede incorporar varios elementos cualitativos, tales como el confort de paseo y la ausencia de cambios de velocidad, pero el factor básico es la velocidad de operación o el tiempo de viaje. (Diseño Geométrico de Carreteras y Calles, AASHTO-1994) Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

15 Factores que influencian el diseño vial Tránsito: variables asociadas
Transito Medio Diario Anual (TMDA) Volumen Horario de Diseño (VHD) Nivel de Servicio de Diseño Distribución direccional (D) Porcentaje de camiones (%C) Tránsito Medio Diario (TMD): Volumen total de tránsito durante un dado período de tiempo, mayor que un día, y menor o igual que un año, dividido por el número de días en ese lapso. Tránsito Medio Diario Anual (TMDA): Promedio diario anual de tránsito. El patrón de tránsito sobre cualquier carretera muestra considerable variación en los volúmenes de tránsito durante las diferentes horas del día y en los volúmenes horarios durante todo el año. Hay que determinar cuál de estos volúmenes de tránsito debería usarse en el diseño. Volumen Horario de Diseño (VHD): Es el volumen de tránsito correspondiente a la hora 30 más cargada (de las 8760 horas del año ordenadas por volumen decreciente) Se utiliza para carreteras rurales. En las zonas urbanas puede determinarse un adecuado volumen horario del estudio del tránsito durante los períodos normales de pico diario. Un enfoque para determinar un volumen horario adecuado para usar como base para el diseño es seleccionar el pico más alto de la tarde para cada semana, y luego promediar estos valores para las 52 semanas del año. Si todos los volúmenes horarios pico de la mañana son menores que los picos de la tarde, el promedio de los 52 volúmenes semanales de hora pico tendrían casi el mismo valor que el 26 VH más alto del año. Distribución direccional (D): Tránsito horario en cada sentido de viaje. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

16 Factores que influencian el diseño vial Tránsito: TMDA y VHD
Transito Medio Diario Anual Volumen Horario de Diseño 19% 15% 12% La Figura II-20 muestra la relación entre los volúmenes horarios más altos y el TMD en arterias rurales. Las curvas del gráfico fueron preparadas disponiendo todos los volúmenes de un año, expresados como porcentaje del TMD, en orden decreciente de magnitud. La curva del medio es el promedio para todas las localidades estudiadas y representa una carretera con fluctuación promedio del flujo. Un examen de estas curvas lleva a la conclusión que el tránsito horario usado en el diseño debería ser el 30º volumen horario más alto del año, abreviado como 30 VH. La razonabilidad del 30 VH como un control de proyecto está indicada por el cambio que resulta de elegir un volumen un poco más alto o más bajo. La curva de la Figura II-20 se empina rápidamente hacia la izquierda del punto que muestra la hora 30º más alta, indicando volúmenes mucho más altos para la inclusión de sólo unas pocas horas de volúmenes horarios más altos. La curva se aplana hacia la derecha, indicando muchas horas durante las cuáles el volumen no es mucho menor que 30 VH. En los caminos rurales con fluctuación promedio en el flujo de tránsito, 30 VH se aproxima al 15% del TMD (el máximo volumen horario es alrededor del 25% del TMD). Otra característica del 30 VH es que, como un porcentaje del TMD, varía sólo levemente de año a año a pesar de grandes cambios en el TMD. Así, el porcentaje de TMD para el 30 VH de los datos de tránsito actuales sobre una dada vía generalmente puede usarse con confianza al computar el 30 VH a partir de un TMD determinado para algún año futuro. (Diseño Geométrico de Carreteras y Calles, AASHTO-1994) 8-12% carreteras urbanas 10-15% carreteras suburbanas 12-18% vías rurales Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

17 Factores que influencian el diseño vial Tránsito: Nivel de Servicio de Diseño
El Manual de Capacidad de Caminos (HCM) no contiene ninguna recomendación para la aplicabilidad de los niveles de servicio en el diseño de las carreteras. La elección del nivel de servicio es propiamente dejada al usuario del HCM para ligar los adecuados grados de congestión a específicos niveles de servicio. La tabla resume la relación entre tipo y ubicación de la carretera y el nivel de servicio apropiado para el diseño. Esta relación se deriva de las descripciones del nivel de servicio, los volúmenes de tránsito que los acompañan, y los controles y criterios para aceptables grados de congestión. En cuanto pueda ajustarse a las condiciones, la repartición vial debería tender a proveer el más alto nivel de servicio posible. Una vez seleccionado el nivel de servicio, es deseable que todos los elementos de la calzada sean consistentemente diseñados para ese nivel. (Diseño Geométrico de Carreteras y Calles, AASHTO-1994) Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

18 Factores que influencian el diseño vial Características de diseño geométrico de caminos rurales
Topografía VD p Radio M - Llanura 120 / 130 8% 600/700m - Ondulado … - Montañoso 70 / 80 10% 160/220m Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

19 Factores que influencian el diseño vial Tamaño y características de los vehículos
Clasificación de la AASHTO P Automóvil SU Camión liviano BUS Autobús A-BUS Autobús articulado WB-12 Semirremolque intermedio 1-1-2 WB-15 Semirremolque grande WB-18 Semirremolque-Remolque completo Doble fondo WB-19 Semirremolque interestatal 1-2-2 WB-20 Semirremolque interestatal 1-2-2 WB-29 Semirremolque triple WB-35 Semirremolque doble Turnpyke MH Casa rodante P/T Coche y remolque caravana P/B Coche y remolque bote MH/B Casa rodante y remolque bote Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

20 Factores que influencian el diseño vial Tamaño y características de los vehículos
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21 Factores que influencian el diseño vial Tamaño y características de los vehículos - DNV
LIVIANOS OMNIBUS 11 12 111 SIN ACOPLADO 11-11 112 11-12 113 12-11 122 12-12 123 CON ACOPLADO SEMIRREMOLQUE Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

22 Factores que influencian el diseño vial Tamaño y características de los vehículos
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23 Factores que influencian el diseño vial Consideraciones ambientales: impactos del transporte
USO DE RECURSOS causas: infraestructura / vehículos ESPACIO URBANO ENERGIA PAISAJE DETERIORO DEL MEDIO SOCIAL Y FISICO causas: infraestructura / vehículos ACCIDENTES RUIDO CONTAMINACION CONTAMINACION AIRE VIBRACIONES SEPARACION INTIMIDACION, DEMORAS PEATONALES INTRUSION VISUAL EMISIONES ELECTROMAGNETICAS “PLANNING BLIGHT” Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

24 Factores que influencian el diseño vial Consideraciones ambientales: impacto ambiental
Representación Esquemática INTRUSION VISUAL - SEPARACION RUIDO - POLUCION DEL AIRE - VIBRACIONES CAMBIOS EN LA ACCESIBILIDAD ESPACIAL VIA USO DEL SUELO VIA CAMBIOS EN LA ACCESIBILIDAD ESPACIAL RUIDO - POLUCION DEL AIRE - VIBRACIONES INTRUSION VISUAL - SEPARACION Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

25 Factores que influencian el diseño vial Consideraciones ambientales: mitigación
Mitigación: atenuación del impacto mediante acciones intramodales; intermodales; y planeamiento integral uso del suelo y transporte. Mitigación intramodal: Tecnología vehículos y sistemas de control Operación utilización de la capacidad modalidad de operación Infraestructura emplazamiento protección Normas Mitigación intermodal: Partición modal de los viajes Planeamiento integral uso del suelo y transporte: Zonificación Disminución de necesidades de transporte Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

26 Factores que influencian el diseño vial Consideraciones ambientales: trade-offs mitigación
Interacción entre distintos tipos de impactos Enfoque sistémico Evaluación integral Ejemplos: seguridad vs. consumo consumo energético vs. ruido emisiones (velocidad, congestión) vs. seguridad, ruido consumo energético (aditivos) vs. Contaminación LEY DE BUCHANAN Estudio analítico de los impactos: Unidad de medida Criterio de evaluación Correlación causa/efecto Estándar ambiental Capacidad ambiental accesibilidad ambiente costo Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

27 Factores que influencian el diseño vial Consideraciones ambientales: estudio analítico de impactos
Unidad de Medida Unidad o indicador utilizado para cuantificar el fenómeno. Indicador: Una clase, grupo o conjunto de fenómenos potencialmente observables que representa un definición conceptual con el propósito de medir una variable. Criterio de evaluación Correlación entre el nivel del efecto y el impacto (molestia o daño que causa). Se emplea la unidad de medida adoptada para cada efecto. Correlación causa /efecto Correlación entre la magnitud del tránsito y el nivel de efecto o impacto. Se emplea el criterio de evaluación adoptado. Modelos de simulación. Permite predecir y evaluar . Estándar ambiental Máximo nivel de impacto aceptable. Se establece para cada tipo de impacto, en general mediante normas o recomendaciones. Capacidad ambiental Número máximo de vehículos que pueden circular por una vía en un lapso determinado, sin que se supere el estándar ambiental correspondiente a un dado tipo de impacto. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

28 Factores que influencian el diseño vial Consideraciones ambientales: ruido
Causas Estudios empíricos permiten correlacionar: características de la vía (ancho, pendiente) características del tránsito (volumen, composición, velocidad) distancia entre la fuente y el receptor. Características del tránsito (ejemplos): Genera el doble de ruido que: Volumen 2000 veh/hora 200 veh/hora Genera el doble de ruido que: Velocidad media 110 km/hora 50 km/hora Composición Genera el mismo ruido que: 1 camión a 90 km/h 28 autos a 90 km/h Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

29 Reduce el ruido a la mitad (10 dBA)
Factores que influencian el diseño vial Consideraciones ambientales: ruido Características geométricas y de diseño: La intensidad sonora disminuye con el cuadrado de la distancia (si la fuente es puntual) o con la distancia (si la fuente es lineal). Reduce el ruido a la mitad (10 dBA) Vegetación Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

30 Efectos de deprimir la carretera
Factores que influencian el diseño vial Consideraciones ambientales: ruido Efectos de deprimir la carretera Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

31 Efectos de elevar la carretera
Factores que influencian el diseño vial Consideraciones ambientales: ruido Efectos de elevar la carretera Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

32 Factores que influencian el diseño vial Seguridad vial: La matriz de Haddon
FASE FACTOR HUMANO VEHÍCULO AMBIENTAL ANTES DEL CHOQUE Diseño geométrico CHOQUE DESPUES DEL CHOQUE Prevención de choques: Medidas de ingeniería vial Diseño vial; Diseño y control de intersecciones; Delineación, iluminación y señalización; Construcción y mantenimiento vial; Administración de los peligros a los costados del camino p.e., columnas de base deslizante/frangibles; Administración y apaciguamiento del tránsito; Velocidades y límites de velocidad; y Tratamientos dirigidos a usuarios viales vulnerables. (Seguridad Vial I, F.J. Sierra, ABC – La Paz, 2003) Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

33 Velocidad de diseño Velocidad directriz (VD)
Es la máxima velocidad a la cual un conductor de habilidad media manejando con razonable atención puede circular con entera seguridad. Es la máxima velocidad segura que puede mantenerse sobre una sección específica de camino cuando las condiciones son tan favorables que las características de diseño de la carretera gobiernan (AASHTO '94). Una velocidad seleccionada, usada para determinar las varias características de diseño geométrico de la plataforma. (AASHTO '01) Rige el diseño de todos los elementos del camino: una vez seleccionada, todas las características pertinentes de la carretera deberían relacionarse a la velocidad directriz para obtener un diseño equilibrado. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

34 Velocidad de diseño Velocidad de Operación y Velocidad de Marcha
Velocidad de operación: es la más alta velocidad general a la cual un conductor puede viajar sobre una carretera dada bajo condiciones de tiempo favorables y bajo condiciones prevalecientes de tránsito, sin superar en ningún momento la velocidad segura según está determinada por la velocidad directriz sobre una base de sección-por-sección. (AASHTO '94) La velocidad a la cual se observa que los conductores operan sus vehículos durante condiciones de flujo libre. (AASHTO '01) Velocidad de marcha: es la velocidad de un vehículo sobre una sección de carretera; es la distancia recorrida dividida por el tiempo de marcha (el tiempo que el vehículo está en movimiento). Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

35 Velocidad de diseño Velocidad directriz (VD)
No debería suponerse una VD baja donde la topografía es tal que probablemente los conductores viajen a altas velocidades. Los conductores no ajustan sus velocidades a la importancia de la carretera, sino a su percepción de las limitaciones físicas, y por consiguiente, el tránsito. La VD seleccionada debería ajustarse a los deseos y hábitos de viaje de casi todos los conductores. En general, las carreteras con viajes promedio más largos, deben diseñarse para velocidades más altas. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

36 Trazado de un camino Concepto General
Trazado: Definición - en planta y en elevación - de las coordenadas de la rasante del camino. Progresivas (km) PLANIMETRÍA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 17 ALTIMETRÍA (desarrollada) EH = 1:5000 EV = 1:100 Cotas (m) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Criterios Generales de diseño: Seguridad Comodidad Estética Economía Costos de construcción Costos de mantenimiento Costos de operación de vehículos Progresivas (km) 1 17 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

37 Trazado de un camino Plano Tipo
Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

38 Trazado planimétrico Principios
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 del cauce y preferentemente en forma normal a los mismos. Cruzar vías férreas preferentemente a distinto nivel o a nivel en forma normal (nunca inferior a los 60°). Distancia de visibilidad ≥ distancia de detención en todo el camino. Zonas de sobrepaso permitido a no más de 2 minutos de distancia a la Vd. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

39 Trazado altimétrico Cruces
Cruce de caminos a distinto nivel o p/debajo vía férrea: 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 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

40 Sección transversal de una obra vial Perfiles viales: calzadas indivisas
Tipos de Pavimento: Alto: suaves condiciones de circulación y buenas propiedades de resistencia al patinaje Intermedio: tratamientos superficiales ligeramente menos estrictos que los de tipo alto. Bajo: Superficies de tierra tratada y materiales estabilizados hasta superficies sueltas como tierra o canto rodado o piedra partida. Para el diseño geométrico interesa: Aptitud para mantener su forma Aptitud para drenar Resistencia al patinaje Efecto sobre el comportamiento del conductor Definiciones: Plataforma: la parte de una carretera -banquinas inclusive- para el uso vehicular Calzada: la parte de la plataforma para el movimiento de los vehículos, banquinas exclusive. Bombeo: Las calzadas no divididas de 2 o más carriles tienen un bombeo o corona o punto alto en el medio, y pendiente descendente hacia ambos lados. (Diseño Geométrico de Carreteras y Calles, AASHTO-1994) Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

41 Sección transversal de una obra vial Perfiles viales: calzadas divididas
Deseable Secciones de plataforma para carreteras divididas Intermedio Cada pavimento inclinado en dos sentidos Con restricciones Las calzadas no divididas de 2 o más carriles tienen un bombeo o corona o punto alto en el medio, y pendiente descendente hacia ambos lados. Pendiente transversal: Pavimento rango Alto: 1,5 a 2% Pavimento rango Intermedio: 1,5 a 3% Pavimento rango Bajo: 2,0 a 6% La pendiente transversal es función de: Drenaje (facilidad) Comodidad del conductor / seguridad intersecciones (a nivel) Puede ser una sección plana, curvada (parábola) o combinación de ambas. Con pendiente plana, hay una rotura de pendientes en la línea de bombeo. Ventajas de la sección curva: Pendientes más empinadas hacia los bordes de calzada Comodidad en el cambio de carril (vehículos pesados) Desventajas: Dificultad constructiva Pendientes muy empinadas en los bordes de calzada (Diseño Geométrico de Carreteras y Calles, AASHTO-1994) Cada pavimento inclinado en un sentido Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

42 Sección transversal de una obra vial Perfiles viales: Barreras centrales y laterales
Barreras Centrales Típicas Barreras Laterales Típicas Barrera central Sistema longitudinal que se usa para evitar que un vehículo sin control, cruce una vía con sentidos separados, de una dirección a la opuesta. Barrera lateral Las barreras de contención en los lados del camino protegen a los vehículos de los obstáculos o de los taludes a un lado del camino. También pueden utilizarse para proteger a los peatones y a la propiedad del flujo vehicular. Guarda vías Son barreras longitudinales que se colocan en el exterior de curvas pronunciadas y en secciones con terraplenes altos (altura mayor que 2,4m o talud mayor que 4:1). Su función principal es evitar que los vehículos se salgan de la plantilla del camino. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

43 Intersecciones viales Tipos de intersección
área donde dos o más caminos se unen o se cruzan A NIVEL: No canalizadas Canalizadas Rotatorias “T” (o en 3 direcciones) 4 direcciones Múltiples direcciones A DISTINTO NIVEL: Niveles separados sin ramas Niveles separados con ramas Distribuidores / intercambiadores Intersección de tres o más niveles INTERSECCIONES Objeto: Acomodar tránsito Seguridad y eficiencia Importancia: Controlan la capacidad del sistema de calles Capacidad de Intersección = 40 a 70 % (en la sección a mitad-de-cuadra) Las velocidades se reducen 70 % Máxima ocurrencia de accidentes (40 a 60 % de todos los accidentes) Operan en un nivel de servicio más bajo (que en las secciones a mitad-de-cuadra) Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

44 Intersecciones viales Zonas de conflicto
Las Zonas de Conflicto son una indicación de posibilidad de accidentes en las intersecciones Tipos de Conflictos: Maniobras de Convergencia Vehículos desde sentidos opuestos convergen en un punto Maniobras de Divergencia Vehículos que viajan desde giros del mismo sentido en sentidos diferentes Maniobras de Cruce Vehículos desde sentidos opuestos chocan Dependen de: Número de accesos Movimientos de giro Tipo de control de tránsito Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

45 Intersecciones viales Zonas de conflicto
Fuente: Traffic Safety Fundamentals Handbook, Mn DOT Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

46 Intersecciones viales Intersecciones a nivel: simples no canalizadas
“T” simple c/carril de giro c/carril de adelantamiento c/carril de giro y de adelantamiento Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

47 Intersecciones viales Intersecciones a nivel: simples canalizadas
“T” canalizada con plataforma de giro c/un par de plataformas de giro c/isleta divisoria y carril de adelantamiento c/isletas divisorias y plataformas de giro Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

48 Intersecciones viales Intersecciones a nivel: elementos
Isletas divisorias Carril de giro a la derecha Plataformas de giro Carril de adelantamiento Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

49 Intersecciones viales Intersecciones a distinto nivel
Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

50 Intersecciones viales Intersecciones a distinto nivel
Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

51 Diseño geométrico Distancia de detención
Distancia de detención: es la distancia que recorre un conductor de habilidad media, circulando con la velocidad de diseño, desde que observa un obstáculo hasta que se detiene. El tiempo de detención se divide en: Tiempo de percepción y reacción (tP): es el tiempo que transcurre desde que se observa el obstáculo hasta que se acciona el freno. Tiempo de frenado (tF): es el tiempo que transcurre desde que se accionan los frenos hasta que se detiene el vehículo. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

52 Diseño geométrico Distancia de detención
FUERZAS ACTUANTES (rampa) Condición de equilibrio estático [2] Distancia de frenado [3] Sustituyendo [3] en [1], resulta: Y luego sustituyendo en [2], y dividiendo por W cosa: [1] Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

53 Diseño geométrico Distancia de detención
FUERZAS ACTUANTES (pendiente) Condición de equilibrio estático [2’] Distancia de frenado [3] Sustituyendo [3] en [1], resulta: Y luego sustituyendo en [2’], y dividiendo por W cosa: [1] Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

54 Diseño geométrico Distancia de detención
Distancia de frenado: Donde: VD Velocidad de diseño [km/h] fL Coeficiente de fricción longitudinal i Pendiente (tan a) Distancia de percepción: tP Tiempo de percepción [seg] = 2,5” Distancia de detención: VD (km/h) fl 60 80 100 120 140 160 0,35 0,32 0,29 0,27 0,26 0,25 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

55 Diseño geométrico Distancia de detención (AASTHO 01)
Distancia de frenado: Donde: VD Velocidad de diseño [km/h] a Desaceleración = 3,4m/s2 i Pendiente (tan a) Distancia de percepción: tP Tiempo de percepción [seg] = 2,5” Distancia de detención: Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

56 Diseño geométrico Distancia de sobrepaso
Distancia que necesita un vehículo para sobrepasar a otro que marcha en igual sentido en el mismo carril sin peligro de interferir con un tercer vehículo que se hace visible al iniciar la maniobra y que circula en sentido contrario por el carril que se utiliza para el sobrepaso. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

57 Diseño geométrico Distancia de sobrepaso
Ejemplo: VD = 120km/h DS = 840m Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

58 Diseño geométrico Distancia de decisión
Distancia de visibilidad de decisión: Distancia requerida por un conductor para detectar información inesperada o peligro, reconocer el peligro o la amenaza, seleccionar una velocidad y una trayectoria 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 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

59 Diseño geométrico Distancias de detención, sobrepaso y decisión
Ejemplo para VD = 120km/h Distancia de detención Distancia reacción: m Distancia frenado horizontal: m Distancia visibilidad de detención: m c/pendiente 6% en bajada Distancia visibilidad de detención: m Distancia de visibilidad de decisión: A-Parada en camino rural m B-Parada en camino urbano 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 Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

60 Diseño altimétrico Curvas verticales
Objeto: Vincular verticalmente dos rasantes - al menos una de ellas no horizontal - que forman por lo tanto un cierto ángulo entre sí. Los tramos rectos - de distintas pendientes longitudinales - se empalman mediante una parábola contenida en el plano vertical. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

61 Diseño altimétrico Curvas verticales: tipos
Convexas Cóncavas Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

62 Diseño altimétrico Curvas verticales: longitud mínima
Los factores a considerar para el cálculo de la longitud mínima (L) de la curva vertical son: Seguridad Visión de un obstáculo con anticipación suficiente para detener el vehículo. Comodidad Limitación de la aceleración radial (0,3m/s2). Estética Rasante sin quiebres. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

63 Diseño altimétrico Curvas verticales: longitud mínima
Longitud Mínima (L) por seguridad: El conductor debe ver un obstáculo imprevisto con la debida anticipación, de modo que pueda detener su vehículo, circulando a la velocidad de diseño, antes de alcanzarlo. Sentado en un automóvil, debe ver un objeto de altura H2 sobre el pavimento a una distancia mayor o igual a la distancia de detención. 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) Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

64 Diseño altimétrico Curvas verticales: elementos
PIV Elementos de la Curva Vertical PC i1 FC i2 Ecuación de la parábola: L Longitud de curva vertical PC Principio de curva FC Fin de curva i1 ,i2 pendientes PIV Punto de intersección vertical E Externa Externa: Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

65 Diseño altimétrico Curvas verticales
Curvas Convexas: Δi=i1- i2 > 0 S < L S > L Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

66 Diseño altimétrico Curvas verticales
Curvas Convexas: Δi=i1- i2 > 0 Por seguridad: Por comodidad: Por estética: DD < L DD > L Se adopta la longitud mayor de los 3 casos Nota: Δi en [%] / DD y L en [m] / VD en [km/h] Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

67 Diseño altimétrico Curvas verticales
Curvas Cóncavas: Δi=i1- i2 < 0 S < L S > L PC FC L L/2 Δi Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

68 Diseño altimétrico Curvas verticales
Curvas Cóncavas: Δi=i1- i2 < 0 Por seguridad: Por comodidad: Por estética: PC FC L L/2 Δi DD < L DD > L Se adopta la longitud mayor de los 3 casos Nota: Δi en [%] / DD y L en [m] / VD en [km/h] Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

69 Diseño altimétrico Síntesis de los pasos
Cálculo diferencia de pendientes Di = |i2–i1| Cálculo de la Distancia de Detención (DD) en función de Vd. Cálculo de la longitud de curva más crítica (más larga). Cálculo de la externa. Replanteo. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

70 Diseño planimétrico Curvas horizontales
Objeto: Vincular en planta dos alineamientos de rasantes que forman un cierto ángulo horizontal entre sí permitiendo desarrollar progresivamente las fuerzas centrífugas y desarrollar el peralte para compensarlas parcialmente. Compuestas por una curva circular y dos curvas de transición (espirales) a la entrada y salida. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

71 Diseño planimétrico Curvas horizontales: peralte
Peralte: Inclinación de la calzada hacia el borde interno de la curva que sirve para atenuar o compensar parcialmente la acción de la fuerza centrífuga que tiende a producir el deslizamiento o vuelco del vehículo. Valores máximos peralte p=tg a 10% en zonas montañosas 8% en zonas llanas 6% en áreas urbanas Valores de fricción transversal: Vd (km/h) fT 60 0,15 80 0,14 100 0,13 120 0,12 140 0,11 VD en km/h R en metros fT = coeficiente de fricción transversal fT = f (VD ) ≈ 0,13 (100 km/h). Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

72 Diseño planimétrico Curvas horizontales: elementos
PI Punto intersección tangentes principales TE Punto común de la tangente y la espiral EC Punto común de la espiral y la circular CE Punto común de la circular y la espiral ET Punto común de la espiral y la tangente Rc Radio curva circular Le Longitud de la curva espiral Lc Longitud de la curva circular entre EC y CE Te Segmento de tangente principal entre TE y PI E Externa Δ Ángulo entre tangentes principales Δc Ángulo tangentes en EC y CE Θe Ángulo tangentes extremas espiral K y P Coordenadas de Pc con respecto a TE Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

73 Diseño planimétrico Curvas horizontales
Radio mínimo de curva circular (Rc): Caminos rurales primarios : entre 250 y 350 m (excepcionalmente en zonas montañosas se pueden encontrar radios de 175 m) Colectoras : 107 m Caminos residenciales: 34 m Curva de transición: Se diseña de tal manera que sea constante la variación de la aceleración centrífuga al pasar del tramo recto al curvo (evita el deslizamiento transversal o vuelco y la incomodidad de la variación brusca). Donde: VD = velocidad de diseño (km/h) Rc = radio de la curva circular (m) Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

74 Diseño planimétrico Curvas horizontales: transición del peralte
Forma de llegar a la curva circular con el máximo peralte. Alrededor del eje del camino Alrededor del borde interno Máxima pendiente de la rampa al peralte (%) = 40 / Vd, para una dada longitud de la curva de transición. Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

75 Diseño planimétrico Síntesis de los pasos
Cálculo del radio de la curva horizontal, para: 1.1 Desgaste mínimo (fT=0) 1.2 Radio mínimo Cálculo de la longitud espiral (Le) Verificación de la condición de pendiente longitudinal máxima iL<iMAX=40/VD Cálculo de los ángulos 4.1 De las tangentes extremas de la curva espiral 4.2 De las tangentes extremas de la curva circular Cálculo de las longitudes (espiral, circular, total) Replanteo de la curva horizontal Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

76 Diseño planimétrico Curvas horizontales: replanteo
Segmento de tangente principal entre TE y PI Externa de la curva total Progresivas Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)

77 Diseño planimétrico Curvas horizontales: verificación pendiente longitudinal
p.a 2.p.a f Giro alrededor del eje Giro alrededor del borde interno Transición del peralte: El giro alrededor del eje es el más usado. El giro alrededor del borde interno se utiliza para evitar problemas de desagüe. La flecha ‘f’ se calcula suponiendo a partir del ancho de carril (a) suponiendo que se trata de un camino de dos carriles, y la pendiente transversal (en general 2%). f = 2% a = 0,02 a (m) Si la pendiente longitudinal excede la máxima recomendada (=40/VD), se deberá incrementar la longitud de la curva espiral para que verifique la restricción impuesta. Al incrementar la longitud de la curva espiral, también se incrementa el ángulo de las tangentes extremas de la espiral, por lo que habrá que verificar que la suma de dos veces el valor de dicho ángulo no supere el ángulo de las tangentes principales. En el caso extremo, puede igualarlo, y en tal caso se empalmarían las dos curvas de transición y no tendríamos curva circular. 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 <  . Roberto D. Agosta – Arturo Papazian – marzo de 2006 (actualizado abril 2007)