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ANALISIS DEL DISEÑO GEOMETRICO DE CARRETERAS CON LA NORMA DG-2018

Por: Ing. Manuel Borja Suárez Junio-2019

1) DATOS INICIALES PARA EL DISEÑO GEOMETRICO 1.1. INDICE MEDIO DIARIO ANUAL (IMDA) Representa el promedio aritmético de los volúmenes diarios para todos los días del año, previsible o existente en una sección dada de la vía. Su conocimiento da una idea cuantitativa de la importancia de la vía en la sección considerada y permite realizar los cálculos de factibilidad económica.  El IMDA debe proyectarse como mínimo a 20 años.  El tráfico proyectado se puede calcular con la siguiente ecuación. Pf = Po (1 + T)n Donde: Pf = Trafico final Po = Tráfico inicial T = Tasa de crecimiento n = Nro. de años de proyección  La tasa de crecimiento deberá considerar dos aspectos: Una tasa de crecimiento para vehículos pasajeros similar a la tasa de crecimiento de la población y una tasa de crecimiento para vehículos de carga similar a la tasa de crecimiento del PBI de la zona del proyecto. 

1.2 CLASIFICACION a) Autopistas de 1ra. Clase (AP)  IMDA > 6000 veh/día  Calzadas separadas con separador central (1 a 6 m)  Sistema de contención vehicular si separador es 1m  Dos o más carriles por calzada, c/carril >= 3.60 m  Control parcial de accesos  Proporciona flujo vehicular continuo b) Autopistas de 2da. Clase: Carreteras Dual o Multicarril (MC)  IMDA 4001 – 6000 veh/día  Calzadas separadas con separador central (1 a 6 m)  Sistema de contención vehicular si separador es 1m  Dos o más carriles por calzada, c/carril >= 3.60 m  Control parcial de accesos  Proporciona flujo vehicular continuo c) Carreteras de 1era. Clase (DC)  IMDA: 2001 - 4000 veh/día  Una calzadas de 2 carriles, c/carril >= 3.60 m  Cruces a nivel, puentes peatonales d) Carreteras de 2da. Clase (DC)  IMDA: 400- 2000 veh/día  Una calzadas de 2 carriles c/carril 3.30 m  Cruces a nivel, puentes peatonales e) Carreteras de 3ra. Clase (DC)  IMDA: < 400 veh/día  Una calzadas de 2 carriles, c/carril 3.0 m  Excepcional, c/carril = 2.50 m  Superficie de rodadura: suelo estabilizado, micro pavimento  Si es pavimentada cumplirá condiciones para carreteras de 2da. Clase

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f) Trochas carrozables  IMDA: Menor 200 veh/día  Calzada: Mínimo 4m  Plazuelas de cruce: cada 500 m  Superficie de rodadura: Afirmada / Sin afirmar

CLASIFICACION ADICIONAL EN NORMAS ANTERIORES g) Carreteras de Bajo Volumen de Tránsito Pavimentadas (BVT)  Base legal: RM. N˚ 305-2008-MTC/02  IMDA: Hasta 350 veh/día  Vehículos de carga y pasajeros hasta 3 ejes (B3, C3)  Superficie rodadura: Desde tratamiento superficial asfáltico hasta carpeta asfáltica h) Carreteras de Bajo Volumen de Tránsito No Pavimentadas  Base legal: RM. N˚ 303-2008-MTC/02  IMDA: Hasta 200 veh/dí  Superficie rodadura: Afirmado estabilizado por diferentes métodos  Sub-Clasificación:  T3  IMDA: 101 - 200 veh/día (2 carriles, calzada: 5.5. – 6 m)  T2  IMDA: 51 - 100 veh/día (2 carriles, calzada: 5.5. – 6 m)  T1  IMDA: 16 - 50 veh/día (1 carril, calzada: 3.5)  T0  IMDA: < 15 veh/día (1 carril, calzada: 3.5)  Trocha carrozable:  IMDA indefinido (1 sendero) Nota: Para las calzadas de 1 carril se deben considerar plazoletas de cruce cada 500 m. 1.3 OROGRAFIA DEL TERRENO:  Orografía tipo 1: Terreno plano. Inclinación transversal del terreno 100%. Pendientes longitudinales superiores a 8%.

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2) DISEÑO DEL ALINEAMIENTO HORIZONTAL A) VELOCIDAD DE DISEÑO  Ver Tabla 104.01: Clasificación de la Red Vial Nacional y su relación con la velocidad de diseño  Máxima velocidad a desarrollar por los vehículos para que circulen con seguridad  Rango según Reglamento: 30 – 130 km/h  Condiciona la mayoría de características geométricas del proyecto  Se debe evitar cambios repentinos en la velocidad de diseño a lo largo de la carretera.  Las diferencias de velocidad entre tramos continuos no debe ser mayor a 20 km/h  La longitud mínima con una misma velocidad de diseño es de: 3km (Para V hasta 50 km/h) y 4 Km (Para V= Hasta 120 km). Antiguamente se consideraba como mínimo un tramo de 2km

B) RADIO MÍNIMO DE LAS CURVAS HORIZONTALES  Ver Tabla 302.02: Radios mínimos y peraltes máximos para diseño de carreteras según clasificación de la vía y orografía.  Ver Tabla 302.04: Valores del radio mínimo para velocidades específicas de diseño  Cuando existan curvas sucesivas sin tramo intermedio o tramo tangente 3V (Carreteras 1ra, 2da, 3ra. Clase); > 6V (Autopistas 1ra y 2da clase)  No es deseable dos curvas sucesivas en el mismo sentido unidas por un tramo en tangente muy corto; sustituirlas por una sola curva bien estudiada, o una tangente intermedia.  En carreteras de 3ra. Clase no será necesario diseñar curvas circulares cuando la deflexión no supere los siguientes valores:

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C) PERALTE  Ver ábaco (Fig. 302.02): Peralte en cruce de zonas urbanas  Ver ábaco (Fig. 302.03): Peralte en zona rural tipo 1,2  Ver ábaco (Fig. 302.04): Peralte en zona rural tipo 3,4  Ver ábaco (Fig. 302.05): Peralte en zonas con peligro de hielo  Peraltes máximos: Tabla: 302.02  Contrarrestar la fuerza centrífuga.  Existen curvas para las cuales es necesario solo un peralte mínimo de 2%, en función a la velocidad directriz y el radio de la curva: Tabla 304.06  Existen curvas para las cuales no es necesario diseñar peralte: Tabla 304.04  Giro del peralte: Por lo general y más recomendable es alrededor del eje de la calzada  En muchos casos se justifica utilizar radios superiores al mínimo con peraltes inferiores al máximo.  Se puede calcular también mediante la siguiente fórmula: 𝑃=

𝑉2 −𝑓 127𝑅

Donde: P = Peralte máximo en decimales R = Radio de la curva (m) V = Velocidad (Km/h) f = Coef. Fricción lateral máximo asociado a la Velocidad

TRANSICIÓN DEL PERALTE (Ltp)  Permite hacer un cambio gradual entre el bombeo de la calzada en tramo recto hasta el peralte máximo dentro de la curva. Este cambio se realiza a través de una longitud de transición mínima (Ltp), la cual empezará antes del PC y terminará después del PT.  Cuando el eje de giro del peralte coincide con el eje de la calzada, se aplica la siguiente fórmula para calcular la longitud de transición del peralte: 𝐿𝑡𝑝 = Análisis y Diseño Geométrico de Carreteras DG-2014

𝑃 + 𝐵 𝐴𝑐 ∗ 𝑖𝑝𝑚𝑎𝑥 2 Pág. 5

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Donde: Ltp = Long. mínima de transición del peralte (Si la curva tiene transición en espiral, entonces Ltp = Longitud de la espiral) P = Peralte (en %) B = Bombeo (en %) Ac = Ancho de la calzada (m) ipmax = 1.8 - 0.01V ….. Donde V: Veloc. Directriz (Km/h). Es la máxima inclinación de cualquier borde la calzada respecto al eje de la vía Nota 1: Cuando el eje de giro del peralte no es el eje de la calzada, la expresión (Ac/2) deberá ser reemplazada por la distancia del eje de giro del peralte al borde de la calzada.

  

 





Cuando la curva circular tenga espirales transición, la longitud de desarrollo del peralte será igual a la longitud de la espiral. La misma longitud de Transición del Peralte se debe utilizar para desarrollar el Sobreancho Cuando NO existen curvas de transición en espiral, la longitud de transición del peralte (Ltp) se desarrollará una parte en tangente y otra parte en la curva. - Si P 4.5% y P 7%  Long. de desarrollo del peralte en tangente = 80% (Ltp) Verificar que la Longitud de la curva con peralte máximo sea >= Long. Curva/3 (V/3.6) En caso que la longitud de una curva circular sea menor a 30 m, los tramos de transición del peralte se desplazarán de forma que exista como mínimo un tramo de 30 m con el peralte máximo. Para el desarrollo adecuado de las transiciones de peralte entre dos curvas sucesivas del mismo sentido, deberá existir un tramo mínimo en tangente, según el siguiente cuadro:

Por interpolación lineal simple se debe calcular los bombeos y peraltes netos para los kilometrajes de replanteo de obra. (cada 5 o 10 m. como mínimo)

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D) SOBREANCHO  Ver Tabla 402.04: Valores de Sobreancho para vehículo tipo C2  Ver Tabla 402.05: Factores de Reducción del sobreancho para calzadas mayores a 7m  Permite compensar el mayor espacio requerido por los vehículos en las curvas.  Aplicado solo al borde interior de la calzada a lo largo de la longitud de transición y en el centro de la curva, antes de construir las bermas.  Redondear a múltiplos de 0.10 m por proceso constructivo.  Para calzadas mayores de 7m, reducir sobreancho según factor de reducción (Tabla 302.20)  Los sobreanchos también deben considerarse en el metrado de la estructura del pavimento (sub base, base, carpeta asfáltica). En algunos casos cuando las secciones transversales están en terraplén, también se deben considerar mayores metrados para los rellenos.  Para calcular el valor del sobreancho se utiliza la siguiente fórmula. Se considera apropiado un valor mínimo de 40 cm de sobreancho para justificar su adopción. 𝑆𝑎 = 𝑁 (𝑅 − √𝑅 2 − 𝐿2 ) + Donde: S/a N R L V

= = = = =

𝑉

10√𝑅

Sobreancho (m) Número de carriles Radio de la curva (m) Dist. entre eje posterior y la parte frontal del vehículo (Tomar como Ref. Tabla 202.01) Veloc. Directriz (Km/h)

TRANSICIÓN DEL SOBREANCHO  El sobreancho se repartirá en forma proporcional a lo largo de la longitud de transición del peralte, ó a lo largo de la Longitud de la espiral de transición (Le); el valor para cada kilometraje se calculará mediante la siguiente expresión: 𝑆𝑎𝑖 =

𝑆𝑎 𝐿𝑖 𝐿

Donde: Sa i Sa L Li





= Sobreancho en el kilometraje “i” = Sobreancho total de la curva = Longitud de transición del peralte ó Long. de espiral = Longitud hasta el kilometraje “i”

El inicio de la longitud de transición del Sobreancho por lo general comienza mucho antes que el kilometraje del PC y termina después del PT; esto significa que todas las secciones transversales contenidas en estos tramos tendrán sobreanchos diferentes. Si la curva de transición en espiral es mayor a 40 m, el inicio de la transición del sobreancho se iniciará 40 m antes del inicio de la curva circular. Si la curva de transición en espiral es menor a 40 m, el sobreancho se desarrollará a lo largo de esta longitud.

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E) VISIBILIDAD EN CURVAS HORIZONTALES E.1) DISTANCIA DE VISIBILIDAD PARADA (Dp):  Ver Abaco (Fig. 205.01): Distancia de Visibilidad de Parada  Ver Fig. 402.10g: Visibilidad en curvas en planta  Es la distancia mínima requerida para que un vehículo se detenga antes de alcanzar un objeto inmóvil en su trayectoria.  Se diseña teniendo en cuenta la visibilidad para el conductor del carril interno de la curva.  Se mide a lo largo del recorrido del eje del carril interior de la curva.  La pendiente longitudinal de la rasante ejerce mayor influencia para la Dp, para valores a partir de ± 6% de pendiente y velocidades mayores a 70 km/h.  Todos los puntos de la carretera deben estar provistos de una distancia mínima de visibilidad de parada.  Para asegurar la Visibilidad se produce un despeje lateral para los taludes de corte. (Fig. 402.08)  Existen dos casos: Dp< Long. Curva y Dp > Long. Curva  Para calcular la Dp se puede utilizar la siguiente fórmula:

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𝐷𝑝 =

𝑉. 𝑡 3.6

𝑉2 + 254(𝑓 ± 𝑖) Donde: Dp V t f i

 

= Dist. de Visibilidad de parada (m) = Velocidad diseño (Km/h) = Tiempo de percepción + reacción: (1.51 s) = Coef. Fricción para pavimento húmedo (0.30– 0.40) = Pendiente longitudinal rasante en decimales

La primera parte de la ecuación representa la distancia recorrida durante la percepción y la reacción. La segunda parte es la distancia recorrida durante el frenado. En el diseño de curvas horizontales existen dos posibilidades de interpretar el signo de la pendiente para la rasante en ese tramo. - Cuando la Pendiente de la rasante > 0%, existen dos casos: Si Curva Horiz. Derecha  Utilizar pendiente + % Si Curva Horiz. Izquierda  Utilizar pendiente - % - Cuando la Pendiente de la rasante < 0%, Si Curva Horiz. Derecha  Si Curva Horiz. Izquierda 

Utilizar pendiente - % Utilizar pendiente + %

E.2) DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PASO O ADELANTAMIENTO (Da):  Ver ábaco (Fig. 205.03): Distancia de visibilidad de paso  Es la distancia mínima requerida (D1 + D2 + D 3 + D 4) para que un vehículo sobrepase a otro que viaja a una velocidad de 15 Km/h menor, sin causar alteración a la velocidad de un tercer vehículo que viaja en sentido contrario. Representación gráfica del adelantamiento en una vía de dos carrilles

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F) DESPEJE LATERAL (DL)  Ver ábaco (Fig. 302.22): Despeje Lateral en curvas por Visibilidad de Parada y Adelantamiento. (En este ábaco se ha considerado la Distancia de Visibilidad de Parada para una pendiente uniforme del tramo de 0% aprox .)  Ver Fig. 402.08: Sección transversal del despeje lateral  Es el despeje lateral que tienen las secciones transversales dentro de una curva circular para proporcionar la Visibilidad de Parada o Adelantamiento necesaria y evitar accidentes.  El despeje lateral se mide en forma transversal desde el eje central del carril interno de la curva.  Por lo general el despeje lateral implicará cortes adicionales de material o la reubicación de viviendas ubicadas en las partes internas de las curvas.  Para dibujar el despeje lateral se tiene que analizar el dibujo de la sección transversal, ya que si la sección transversal está en relleno, es probable que no se necesite despeje lateral.  El despeje lateral máximo en el kilometraje del centro de la curva se calcula mediante la siguiente fórmula: 𝐷𝐿 = 𝑅 [1 − 𝐶𝑜𝑠 (







90𝐷𝑣 )] 𝜋𝑅

Donde: DL = Despeje lateral máximo (m) R = Radio de la curva (m) Dv = Dist. de Visibilidad de Parada ó de Adelantamiento (Dp ó Da)

Por lo general los despejes laterales por adelantamiento resultan demasiado costosos, por lo que al no cumplir con este requisito se prohíbe el adelantamiento en curvas circulares pintándolas con doble línea amarilla en su eje. Para determinar el despeje lateral en las otras secciones transversales se deberá dibujar la envolvente de visuales partiendo desde un punto ubicado en el kilómetraje: PC – Dv, hasta llegar al kilometraje: PT + Dv Se debe verificar si los despejes laterales calculados para cada sección transversal son aplicables, ya que por lo general antes de llegar al PC y después del PT, los valores del despeje son mínimos (menores que el ancho de: la mitad del carril + más la berma + sobreancho), por lo que no sería necesario su dibujo dentro de las secciones transversales. Así mismo los despejes laterales podrían caer en tramos de relleno o terraplén en los cuales es probable que existe la visibilidad necesaria. En todo caso antes de calcular los despejes laterales se debe verificar la topografía de las secciones transversales. Gráfica de envolvente de visuales por visibilidad

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H) TRAMOS EN TANGENTE:  Ver Tabla 302.01: Longitud de tramos en tangente  Limitar tramos rectos para evitar problemas de cansancio deslumbramiento y exceso de velocidad.  Longitudes mínimas de tramos rectos (en tangente) entre curvas - Para curvas en sentido contrario ó en “S” (Mayor que 5s de recorrido) >=1.39V (V en Km/h) - Para curvas en el mismo sentido ó en “U” (Mayor que 10s de recorrido) >= 2.78 V  Longitudes máximas de tramos en tangente ó rectos: (Menos de 60s de recorrido) 3%  Usar curva de transición - Si el Radio requiere P < 3% y V =110 km/h  Prescindir de la curva de transición  La longitud de transición en espiral ”Le” mínima es de 30 m y se calcula con las siguientes ecuaciones:

Le 

A2 ....( ecuación _ de _ la _ Clotoide ) R

Amin 

V2 V .R ( 1 .27 P ) 46.656* J R

Donde: Le = Longitud de transición de la curva en espiral. Esta longitud se mide a lo largo de la curva entre el inicio de la curva en espiral y el inicio de la nueva curva circular. A = Parámetro geométrico de la Clotoide para equilibrar la aceleración transversal no compensada por el peralte. Para asegurarse que la curva de transición y la curva circular resulte fácilmente perceptible por el conductor, se debe verificar que: A >= R/3 y A...