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Profesor: M. Silvera

INGENIERÍ INGENIERÍA DE CARRETERAS - UPC 20102010-1

Transición del peralte Sección transversal en tangente

Sección transversal en curva circular -p%

+b%

-b%

Bombeo con dos pendientes

peralte

Para cambiar de la sección con bombeo a la sección con peralte se requiere una longitud mínima para efectuar este cambio, a esa distancia se le suele llamar longitud mínima de transición del peralte Para no confundir esto con la longitud de la curva de transición le llamaremos espiral o clotoide a la curva que conecta un tramo tangente con la curva circular, o a dos curvas circulares.


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Transición del peralte Las longitudes de transición deben permitir al conductor percibir visualmente la inflexión del trazado que deberá recorrer y, además, permitirle girar el volante con suavidad y seguridad.

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.


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Transición del peralte La variación del peralte requiere una longitud mínima, de forma que no se supere un determinado valor máximo de la inclinación que cualquier borde de la calzada tenga con relación a la del eje del giro del peralte.

ipmáx = 1.8 - 0.01V ipmáx : máxima inclinación de cualquier borde de la calzada respecto al eje de la misma (%). V : Velocidad de diseño (Kph). El eje de giro puede ser • centro de la calzada • borde interior de la calzada • borde exterior de la calzada

El cambio de bombeo a peralte con eje de giro al centro de la calzada se realiza en tres etapas


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Transicion del peralte- eje de giro centro de la calzada

ipmáx = 1.8 - 0.01V

eje BE BI

Diagrama de alturas de los bordes con respecto al eje de la calzada

α

L1 tangente

TE


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Transicion del peralte- eje de giro centro de la calzada Primera etapa (inicio en tangente y finaliza en la clotoide) 0% -b% Inicio de clotoide BE BI El borde exterior gira +b% -b% alrededor del eje y se L1 BI eleva una altura BE 2B h = B x (pf – pi) Bombeo con dos pendientes Tramo tangente

B (pf – pi) donde b = pi 0 = pf

eje BE BI

Diagrama de alturas de los bordes con respecto al eje de la calzada

α

L1 tangente

TE


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Del grafico anterior la distancia L1 puede obtenerse: B (0 – pi) = ip max = tan α*100 L1 min

B (0 – pi) = L1 min ip max

Segunda etapa (inicia y finaliza dentro de la clotoide)

-b%

BE 0% BE +b% BE

L2

BI

-b% 2B

BI

-b%

BI

L1

El borde exterior gira alrededor del eje y se eleva una altura h = B x (pf – pi) pf = -b pi = 0


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En similar forma a la primera etapa, L2 puede ser calculada como: B (pf – pi) = ip max L2 min

B (-b – 0) = L2 min ip max

Tercera etapa (finaliza en inicio de curva circular)

-p%

BE -b%

BE

BI 0% BE +b% BE

BI

-b%

L2

BI

-b% 2B

L3

BI

L1

El cambio del peralte de -b% a -p% se termina de hacer en la curva de transición si la hubiera


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Transición del peralte Similarmente a las etapas anteriores, la distancia L3 min será: B (pf – pi) = ip max L3 min

B (pf + b) = L3 min ip max

Entonces la longitud mínima de transición del peralte será: L mínima = L1 + L2 + L3 B (0 – pi) ip max

+

B (-b – 0) ip max

+

B (pf + b) ip max

=

B (pf – pi) = Lmin ip max


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Transicion del peralte Longitud minima de transicion del peralte

L min Siendo:

p f  pi  B ipmáx

Longitud total para realizar el cambio de bombeo a peralte

Lmín : Longitud mínima del tramo de transición del peralte (m). pf :

peralte final con su signo (%)

pi :

peralte inicial con su signo (%)

B:

distancia del borde de la calzada al eje de giro del peralte (m).


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Gráfico de cambio de bombeo a peralte Bombeo con dos pendientes en calzada única

-b%

+b%

BE

2B

BE

0%

BI

BE

BE -b%

-b% 2B

BI

2B

-p%

BI

BI

2B

BE

Eje de giro Bb L1 (20m máx.) tangente

L2 (20m máx.)

L3 clotoide

BI


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Ejemplo Se tiene una curva Horizontal Diseñada para una velocidad de 60 Km/h, el bombeo de la calzada es de 2% y peralte máximo diseñado es de 6%. Si se sabe que el radio mínimo de la curva es de 135m se pide: Determinar la longitud minima de la espiral de transición. Considerar que el ancho del carril es de 3.5m Diseño considerando la transición de peralte a bombeo

Lmin 

( Pf  Pi ) i p max

Lmin = 23.33 m

B

Donde: Pf = -6% Pi = 2% B = 3.5 m V = 60 Km/h ipmax = 1.8 – 0.01V = 1.2%


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Ejemplo Diseño considerando la aceleración de la fuerza Centrifuga

Amin

2   VR V    1.27 p  46.656 J  R 

2 Lmin  Amin /R

Lmin = 48.96 m  50 m

Amin  81.30m

Donde: V = 60Km/h R = 135 m P = 6% J = 0.5 (Obtenido de la tabla 402.06)


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Ejemplo Diseño considerando el criterio estetico Del anterior calculo se evalúa el parámetro

R / 3  Amin  R

45m  81.30m  135m

Cumple con el criterio Estético guiado visual

Además de acuerdo a la Norma Lmin = 30 m Lmin = 48.96 m  50 m (De todos los criterios evaluados, se adopta en el diseño la mayor longitud calculada )


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Alineamiento Vertical Curva horizontal Curva vertical


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Alineamiento Vertical El alineamiento vertical de una carretera es la proyección del eje espacial de la vía sobre una superficie vertical paralela al mismo. Al eje también se le denomina rasante. El eje del alineamiento vertical está formado por una serie de tramos rectos o tangentes conectados por curvas parabólicas. El diseño de curvas verticales se hace pensando en 4 criterios: seguridad, comodidad operación y drenaje.

Tangentes Verticales Las tangentes se caracterizan por su longitud y pendiente. Para propósitos de diseño estas pendientes están limitadas por condiciones de drenaje y el funcionamiento de los camiones.


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Para fines de proyecto, el sentido de las pendientes se define según el avance del kilometraje, siendo positivas aquéllas que implican un aumento de cota y negativas las que producen una pérdida de cota

Pendientes Pendientes Mínimas • En los tramos en corte generalmente se evitará el empleo de pendientes menores de 0,5%. • Podrá hacerse uso de rasantes horizontales en los casos en que las cunetas adyacentes puedan ser dotadas de la pendiente necesaria para garantizar el drenaje y la calzada cuente con un bombeo superior a 2%.


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Pendientes Máximas Las pendientes máximas se emplearán cuando sea conveniente desde el punto de vista económico con el fin de salvar ciertos obstáculos en tramos cortos, de tal forma que no se conviertan en longitudes críticas Para hallar las pendientes máximas ver la tabla 403.01. En zonas superiores a los 3000 msnm, los valores máximos de la tabla 403.01, se reducirán en 1% para terrenos montañosos o escarpados.


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Alineamiento Vertical - Perfil longitudinal

Fuente: J reyes


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Pendientes Máximas Longitud crítica de una pendiente Se define como la máxima longitud en subida sobre la cual un camión cargado Puede operar sin ver reducida su velocidad por debajo de un valor prefijado. Usualmente se considera que la longitud crítica es aquella que ocasiona una reducción de 25 km/h en la velocidad de operación de los vehículos pesados (Cardenas, 2002)


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La figura 403.04a muestra la caída de velocidad para un camión tipo semitrailer o con acoplado, cargado, cuya relación peso/potencia sea del orden de 150 Kg/Hp Neto. Si la longitud y magnitud de una pendiente inevitable produce descensos superiores a los 25 KPH, se realizará un análisis técnico económico a fin de establecer la factibilidad de proyectar carriles de ascenso.


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Carriles de ascenso Necesidad del Carril • En carreteras de calzada única se dispondrán carriles adicionales por la derecha de la calzada (carriles para circulación lenta). • Los carriles adicionales tendrán el mismo ancho que los que constituyen la calzada. Se omitirá proyectar el carril con longitud menor de 250 m. Antes de los carriles adicionales para circulación lenta o rápida se dispondrá una cuña de transición con una longitud mínima de setenta metros (70 m). El carril adicional para circulación lenta se prolongará hasta que el vehículo lento alcance el ochenta y cinco por ciento (85%) de la velocidad de diseño, sin que dicho porcentaje pueda sobrepasar los ochenta Kilómetros por hora (80 Km/h).


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Carriles de ascenso - Necesidad del Carril A la prolongación anterior se añadirá una cuña de transición con un valor mínimo de cien metros (100 m). El final de un carril adicional para circulación lenta no podrá coincidir con la existencia de prohibición de adelantar (carencia de visibilidad de adelantamiento).

Tramos en descanso En el caso de ascenso continuo y cuando la pendiente sea mayor del 5% se proyectará, más o menos cada tres kilómetros, un tramo de descanso de una longitud no menor de 500 m., con pendiente no mayor de 2%.

Fuente: propia


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Necesidad de Curvas Verticales

Los tramos consecutivos de rasante, serán enlazados con curvas verticales parabólicas cuando la diferencia algebraica de sus pendientes sea de 1%, para carreteras con pavimento de tipo superior y de 2% para las demás. Proyecto de las Curvas Verticales

Las curvas verticales serán proyectadas de modo que permitan, cuando menos, la distancia de visibilidad mínima de parada.


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Tipos de curvas verticales simétricas convexas

cóncavas

Fuente: AASHTO


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Longitud mínima de Curvas Convexas La longitud mínima de las curvas convexas debe asegurar por lo menos que un conductor pueda detener el vehículo que maneja al observar un objeto estacionario ubicado delante de su trayectoria.

Inadecuada distancia Dp

Camión después de curva vertical


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Curvas Convexas: De acuerdo a la relación entre la longitud de la curva y la distancia de parada hay dos posibles situaciones Caso 1 Dp < L

Dp: Es la proyección Horizontal de la Visual que une h1 y h2

Lmín =

A Dp2 200 ( h1 + h2 )2

Para Dp < L


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Distancias de Visibilidad L: Longitud de la curva vertical Dp: Distancia de visibilidad de parada (S en el gráfico) A: Diferencia algebraica de pendientes (en %) h1: Altura del ojo sobre la rasante h2: Altura del objeto sobre la rasante En el Perú se han adoptado los valores de h1= 1.07 m para la altura del ojo sobre la rasante y h2 = 0.15 m para la altura del objeto sobre la rasante


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Caso 2 Dp > L

Lmín = 2 Dp - 200 ( h1 +  h2 )2 A

Para Dp > L

Cuando la diferencia algebraica de pendientes (A) es muy pequeña, la longitud requerida sería cero o saldría negativa al usar la fórmula por que la línea de visual pasaría sobre el punto más alto de la curva. En estos casos, para diferencias pequeñas de pendientes, por condiciones prácticas se adoptó un valor mínimo igual a V (ver figura 403.02)


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Figura: 403.01

Fuente: Manual de diseño Geométrico para carreterasDG-2001


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Longitud mínima de curvas verticales convexas con DP (Fuente: libro de la AASHTO)


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Fuente: Manual de diseño Geométrico DG-2001


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Longitud mínima de curvas verticales cóncavas con DP (Fuente: libro de la AASHTO)


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Secciones transversales


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Secciones transversales

La sección transversal de una carretera es un corte vertical normal al alineamiento horizontal, el cual permite definir la disposición y dimensiones de los elementos que forman la carretera en el punto correspondiente a cada sección y su relación con el terreno natural.

Corte vertical

Fuente: Adaptado de Mannering Y Kilareski


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Secciones transversales Tramo tangente


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Secciones transversales Tramo curvo


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Elementos

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Secciones transversales

Los elementos que integran y definen la sección transversal son: • Derecho de vía • Calzada ó superficie de rodadura • Bermas • Carriles • Cunetas • Taludes • Elementos complementarios


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Derecho de vía o faja de dominio Es la faja de terreno destinada a la construcción, mantenimiento, futuras ampliaciones de la vía, si la demanda de tránsito así lo exige, servicios de seguridad, servicios auxiliares y desarrollo paisajístico.

Fuente: adaptado de Manual de diseño Geométrico DG-2001


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Zona de propiedad restringida A cada lado del Derecho de Vía habrá una faja de Propiedad Restringida. La restricción se refiere a la prohibición de ejecutar construcciones permanentes que afecten la seguridad o visibilidad, y que dificulten ensanches futuros. El ancho de esa zona se muestra en la tabla 303.04.

Fuente: Manual de diseño Geométrico DG-2001


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Calzada Es el elemento destinado al paso de los vehículos. Sus dimensiones deberán ser tales que permitan mantener un nivel de servicio adecuado, para la intensidad de tráfico previsible.

Ancho de Tramos en Tangente En la tabla 304.01, se indica los valores apropiados del ancho del pavimento para cada velocidad directriz con relación a la importancia de la carretera. El ancho de la calzada en tangente se determinará con base en el nivel de servicio deseado al finalizar el período de diseño o en un determinado año de la vida de la carretera.


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Ancho de calzada

Fuente: Manual de diseño Geométrico DG-2001


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Bermas Son las zonas que permiten a los vehículos apartarse momentáneamente de la calzada en caso de avería o emergencia.

Bermas ocupadas por grandes bloques de piedra

Publicidad muy cercana a las bermas


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Bermas Ancho de las bermas En la tabla 304.02, se indican los valores apropiados del ancho de las bermas. El dimensionamiento entre los valores indicados, para cada velocidad directriz se hará teniendo en cuenta los volúmenes de tráfico y el costo de construcción.


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Ancho de bermas


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Bombeos Elemento para el drenaje del pavimento. En tramos rectos o en aquéllos cuyo radio de curvatura permite el contraperalte las calzadas deberán tener, con el propósito de evacuar las aguas superficiales, una inclinación transversal mínima o bombeo, que depende del tipo de superficie de rodadura y de los niveles de precipitación de la zona. La tabla 304.03 especifica estos valores indicando en algunos casos un rango dentro del cual el proyectista deberá moverse, afinando su elección según los matices de la rugosidad de las superficies y de los climas imperantes.


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Bombeo


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Taludes Los taludes para las secciones en corte variarán de acuerdo a la estabilidad de los terrenos en que están practicados; la altura admisible del talud y su inclinación se determinarán en lo posible, por medio de ensayos y cálculos, aún aproximados. La inclinación de los taludes del corte variarán a lo largo de la obra según sea la calidad y estratificación de los suelos encontrados.


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Taludes en corte


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Taludes para Terraplenes Las inclinaciones de los taludes para terraplenes variarán en función de las características del material con el cual está formado el terraplén, siendo de un modo referencial los que se muestran en la Tabla 304.11. Las normas internacionales exigen barreras de seguridad para taludes con esta inclinación, puesto que consideran que la salida de un vehículo desde la plataforma no puede ser controlada por su conductor si la pendiente es más fuerte que el 1:4. Cuando se tiene dicho 1:4, la barrera de seguridad se utiliza a partir de los 4,0 m, de altura. El proyectista deberá decidir, mediante un estudio económico, si en algunos tramos con terraplenes de altura inferior a 4,0 m, conviene tender los taludes hasta el mencionado valor, ahorrándose así la barrera, o mantener el 1:1.5, con dicho elemento de protección.


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Taludes para terraplenes


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Taludes para terraplenes


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Tipos de Deslizamientos Rotacionales A partir de observaciones: En general se toma superficie de falla circular

Material mas resistente

Falla Profunda o de Base

Falla de Local

Falla de Pie


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Formación de la superficie de falla y falla progresiva


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Estabilidad al Deslizamiento Superficial Superficie de falla plana y paralela al talud • Masa que desliza de pequeño espesor • Tensiones en caras verticales iguales y opuestas

Equilibrio de fuerzas

a i

d

W

T  W  sen i ; N  W  cos i ; W   d  a  d

T N

N  tan  W  cos i  tan  FS   W  sen i W  sen i Si se moviliza toda la resistencia al corte (FS = 1), tan  el talud será estable si i = . Donde i es el ángulo de FS   i máx   reposo tan i


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ESTABILIDAD DE TALUDES

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DIACLASAS

FALLA PLANA

BUZAMIENTO

DOVELAS DE JAMBU

F.S. > 1.20


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Cuadro de Resumen de Secciones Transversales


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Cunetas Son zanjas abiertas en el terreno, revestidas a fin de proteger la estructura del pavimento, que recogen y canalizan longitudinalmente las aguas superficiales y de infiltración para flujos no permanentes. Longitudinalmente, el fondo de la cuneta deberá ser continuo, sin puntos bajos. Las pendientes longitudinales mínimas absolutas serán 0,12%, debiéndose procurar inclinaciones mínimas mayores.


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Cunetas


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DISEÑO PLANIALTIMÉTRICO SECCIONES TRANSVERSALES

4%

2%

2%

4%


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1V : 4H

2.50m

DETALLE UBICACIÓN DE BARANDA

1V : 1.5H (1V : 3H)

200 – 250 % 1V : 4H

Perfil aplicado en las progresivas 1930 - 2030

3.00m

1V : 1.5H

150 %

Sección Transversal Típica


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Información de la sección transversal


caminos