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diseño geometrico de las secciones transversales

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Adriana Fuentes Huamán

on 24 June 2014

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diseño geometrico de las secciones transversales
GENERALIDADES
El diseño geométrico de la sección transversal, consiste en la descripción de los elementos de la carretera en un plano de corte vertical normal al alineamiento horizontal, el cual permite definir la disposición y dimensiones de dichos elementos, en el punto correspondiente a cada sección y su relación con el terreno natural.

La sección transversal varía de un punto a otro de la vía, ya que resulta de la combinación de los distintos elementos que la constituyen, cuyos tamaños, formas e interrelaciones dependen de las funciones que cumplan y de las características del trazado y del terreno.

El elemento más importante de la sección transversal es
la zona destinada a la superficie de rodadura o calzada,
cuyas dimensiones deben permitir el nivel de servicio
previsto en el proyecto, sin perjuicio de la importancia
de los otros elementos de la sección transversal, tales
como bermas, aceras, cunetas, taludes y elementos
complementarios.

ELEMENTOS DE LA SECCION
TRANSVERSAL

Los elementos que conforman la sección transversal de la carretera son:
carriles, calzada o superficie de rodadura, bermas, cunetas, taludes y elementos complementarios (barreras de seguridad, ductos y cámaras para fibra óptica, guardavías y otros), que se encuentran dentro del Derecho de Vía del proyecto. En las Figuras 304.01 y 304.02, se muestra una sección tipo a media ladera para una autopista en tangente y una carretera de una calzada de dos carriles en curva.

2.1. CALZADA O
SUPERFICIE DE RODADURA

Parte de la carretera destinada a la circulación de vehículos compuesta por uno o más carriles, no incluye la berma. La calzada se divide en carriles, los que están destinados a la circulación de una fila de vehículos en un mismo sentido de tránsito.
Ancho de calzada
en tangente
El ancho de la calzada en tangente, se determinará tomando como base el nivel de servicio deseado al finalizar el período de diseño. En consecuencia, el ancho y número de carriles se determinarán Mediante un análisis de capacidad y niveles de servicio.
Clasificacion según el DG 2001
El ancho de los carriles depende de las dimensiones de los mayores vehículos que utilizan la vía, y de otras consideraciones:

Cuanto mayor sea la velocidad, mayor es la oscilación de la posición transversal del vehículo dentro del carril, y por tanto el ancho de éste debe ser mayor.
Cuando el radio de curvatura es reducido, como en las vías de giro de las intersecciones y en la mayoría de los ramales de enlaces, y aun en algunas carreteras, es necesario un ancho mayor que el normal en tangente.
El ancho de los carriles tiene, además, repercusiones sobre el nivel de servicio.
El mínimo ancho de carril, teniendo en cuenta la presencia de camiones es de 3,00 m. con un estándar fuera de poblado de 3,50 ó 3,60 m.

2.2. bermas
Franja longitudinal, paralela y adyacente a la calzada o superficie de rodadura de la carretera, que sirve de confinamiento de la capa de rodadura y se utiliza como zona de seguridad para estacionamiento de vehículos en caso de emergencias.

Cualquiera sea la superficie de acabado de la berma, en general debe mantener el mismo nivel e inclinación (bombeo o peralte) de la superficie de rodadura o calzada, y acorde a la evaluación técnica y económica del proyecto, está constituida por materiales similares a la capa de rodadura de la calzada.

Adicionalmente, las bermas mejoran las condiciones de funcionamiento del tráfico y su seguridad; por ello, las bermas desempeñan otras funciones en proporción a su ancho tales como protección al pavimento y a sus capas inferiores, detenciones ocasionales, y como zona de seguridad para maniobras de emergencia.

2.2.2. inclinacion de bermas
En las vías con pavimento superior, la inclinación de las bermas, se regirá según la Figura 304.03.
En el caso de vías a nivel de afirmado:
En el caso de afirmado las vías seguirán la inclinación del pavimento, en los casos de curvas se ejecutará el peralte indicado.
En el caso que la berma se pavimente , será necesario añadir lateralmente a la misma para su confinamiento una banda de mínimo 0.5 m de ancho sin pavimentar, esta banda se le denomina sobre ancho de compactación ( s.a.c ) y puede permitir la localización de señalización y defensas. Para las carreteras de bajo tránsito:

La berma situada en la parte superior del peralte, tendrá en lo posible, una inclinación en sentido contrario al peralte igual a 4%, de modo que escurra hacia la cuneta.
En los tramos en tangentes, las bermas tendrán una pendiente de 4% hacia el exterior de la plataforma.
La diferencia algebraica entre las pendientes transversales de la berma superior y la calzada será siempre igual o menor a 7%. Esto significa que cuando la inclinación del peralte es igual a 7%, la sección transversal de la berma será horizontal y cuando el peralte sea mayor a 7% la berma superior quedará con una inclinación hacia la calzada, igual a la del peralte menos 7%

2.3. bombeo
En tramos en tangente o en curvas en contra peralte, las calzadas deben tener una inclinación transversal mínima denominada bombeo, con la finalidad de evacuar las aguas superficiales. El bombeo depende del tipo de superficie de rodadura y de los niveles de precipitación de la zona.
El bombeo puede darse de varias maneras, dependiendo del tipo de carretera y la conveniencia de evacuar adecuadamente las aguas, entre las que se indican:
• La denominada de dos aguas, cuya inclinación parte del centro de la calzada hacia los bordes.
• El bombeo de una sola agua, con uno de los bordes de la calzada por encima del otro. Esta solución es una manera de resolver las pendientes transversales mínimas, especialmente en tramos en tangente de poco desarrollo entre curvas del mismo sentido.
DG:2001-20013

2.3.1. casos de bombeo
2.4. peralte
Inclinación transversal de la carretera en los tramos de curva, destinada a contrarrestar la fuerza centrífuga del vehículo. Para nuestro diseño emplearemos un peralte correspondiente a una zona rural y terreno ondulado o accidentado.
- Valores del peralte (máximos y mínimos)
Las curvas horizontales deben ser peraltadas; con excepción de los valores establecidos fijados en la Tabla 304.04

Para calcular el peralte bajo el criterio de seguridad ante el deslizamiento según el DG 2001, y DG 2013 se utilizará la siguiente fórmula:


Donde:
p : Peralte máximo asociado a V
V : Velocidad de diseño (km/h)
R : Radio mínimo absoluto (m)
F : Coeficiente de fricción lateral máximo asociado a V
p=〖30〗^2/(127(30))-f
El peralte mínimo será del 2%, para los radios y velocidades de diseño indicadas en la siguiente tabla:

2.4.1. transicion de bombeo a peralte
En el alineamiento horizontal, al pasar de una sección en tangente a otra en curva, se requiere cambiar la pendiente de la calzada, desde el bombeo hasta el peralte correspondiente a la curva; este cambio se hace gradualmente a lo largo de la longitud de la Curva de Transición.
Cuando no exista Curva de Transición, se desarrolla una parte en la tangente y otra en la curva. La Tabla 304.07 indica las proporciones del peralte a desarrollar en tangente.

En curvas de corta longitud o escaso desarrollo, se deberá verificar que el peralte total requerido se mantenga en una longitud al menos igual a V/3,6, expresado en metros (m).
Lp = ( 30 / 3.6)
Lp = 8.333 m
La longitud mínima de transición para dar el peralte, puede calcularse de la misma manera que una espiral de transición y numéricamente sus valores son iguales.
Para pasar del bombeo al peralte en carreteras de calzada única, existen tres procedimientos:
• El primero consiste en girar la sección sobre el eje de la calzada .
• El segundo, en girar la sección sobre el borde interior de la calzada.
• El tercero, en girar la sección sobre el borde exterior de la calzada.
El primer procedimiento es más conveniente, por requerir menor longitud de transición y porque los desniveles de los bordes son uniformes; los otros dos casos se emplean en casos especiales.

2.4.2. DESARROLLO DEL PERALTE ENTRE
CURVAS SUCESIVAS
Para el desarrollo adecuado de las transiciones de peralte entre dos curvas sucesivas del mismo sentido, deberá existir un tramo mínimo en tangente, de acuerdo a lo establecido en la siguiente tabla:
Según DG - 2001
2.5. peraltes minimos
Las curvas con radios mayores que los indicados en la Tabla 304.07 para cada velocidad directriz mantendrá el peralte de 2%.
Según los cuadros del DG-2001 , es necesario que tengamos un peralte mayor del 2 % .
2.6. DERECHO DE VIA O VIA DE DOMINIO
Servicios, áreas previstas para futuras obras de ensanche o mejoramiento, y zonas de seguridad para el usuario.

La faja del terreno que conforma el Derecho de Vía es un bien de dominio público.

2.7. ANCHO Y APROBACIÓN DEL DERECHO DE VÍA
Cada autoridad competente establecida en el artículo 4to del Reglamento Nacional de Gestión de Infraestructura Vial, establece y aprueba mediante resolución del titular, el Derecho de Vía de las carreteras de su competencia en concordancia con las normas aprobadas por el MTC.
En general, los anchos de la faja de dominio o Derecho de Vía, fijados por la autoridad
competente se incrementarán en 5,00 m, en los siguientes casos:
• Del borde superior de los taludes de corte más alejados.
• Del pie de los terraplenes más altos.
• Del borde más alejado de las obras de drenaje

2.8. FAJA DE PROPIEDAD RESTRINGIDA
A cada lado del Derecho de Vía habrá una faja de terreno denominada Propiedad Restringida, donde está prohibido ejecutar construcciones permanentes que puedan afectar la seguridad vial a la visibilidad o dificulten posibles ensanches.
El ancho de dicha faja de terreno será de 5,00 m a cada lado del Derecho de Vía, el cual será establecido por resolución del titular de la entidad competente.

2.9. separadores
Los separadores son por lo general fajas de terreno paralelas al eje de la carretera, para separar direcciones opuestas de tránsito (separador central) o para separar calzadas del mismo sentido del tránsito. El separador está comprendido entre las bermas o cunetas interiores de ambas calzadas.
En terreno plano u ondulado el ancho del separador suele ser constante, con lo que se mantiene paralelas las dos calzadas. En terreno accidentado, el ancho del separador central es variable.

2.10. TALUDES
El talud es la inclinación de diseño dada al terreno lateral de la carretera, tanto en zonas de corte como en terraplenes. Dicha inclinación es la tangente del ángulo formado por el plano de la superficie del terreno y la línea teórica horizontal.
Los taludes para las secciones en corte, variarán de acuerdo a las características geomecánicas del terreno; su altura, inclinación y otros detalles de diseño o tratamiento, se determinarán en función al estudio de mecánica de suelos o geológicos correspondientes, condiciones de drenaje superficial y subterráneo, según sea el caso, con la finalidad de determinar las condiciones de su estabilidad, aspecto que debe contemplarse en forma prioritaria durante el diseño del proyecto, especialmente en las zonas que presenten fallas geológicas o materiales inestables, para optar por la solución más conveniente, entre diversas alternativas.

Los taludes en zonas de relleno (terraplenes), variarán en función de las características del material con el cual está formado. En la Tabla 304.11 se muestra taludes referenciales.
El cambio de un talud a otro debe realizarse mediante una transición la cual por lo general se denomina alabeo.
En las transiciones de cortes de más de 4,00 m de altura a terraplén, o viceversa, los taludes de uno y otro deberán tenderse, a partir de que la altura se reduzca a 2,00 m, en tanto que la longitud de alabeo no debe ser menor a 10,00 m.
Si la transición es de un talud a otro de la misma naturaleza, pero con inclinación distinta, el alabeo se dará en un mínimo de 10,00 m. La parte superior de los taludes de corte, se deberá redondear para mejorar la apariencia de sus bordes

2.12. CUNETAS
Son canales construidos lateralmente a lo largo de la carretera, con el propósito de conducir los escurrimientos superficiales y sub-superficiales, procedentes de la plataforma vial, taludes y áreas adyacentes, a fin de proteger la estructura del pavimento

La sección transversal puede ser triangular, trapezoidal o rectangular; revestidas o sin revestir; abiertas o cerradas, de acuerdo a los requerimientos del proyecto; en zonas urbanas o donde exista limitaciones de espacio, las cunetas cerradas pueden ser diseñadas formando parte de la berma. Las dimensiones de las cunetas se deducen a partir de cálculos hidráulicos, teniendo en cuenta su pendiente longitudinal, intensidad de precipitaciones pluviales, área de drenaje y naturaleza del terreno, entre otros. Los elementos constitutivos de una cuneta son su talud interior, su fondo y su talud exterior. Este último, por lo general coincide con el talud de corte.

Las pendientes longitudinales mínimas absolutas serán 0,2%, para cunetas revestidas y 0,5% para cunetas sin revestir.
Si la cuneta es de material fácilmente erosionable y se proyecta con una permisible del material constituyente, se protegerá con un revestimiento resistente a la erosión. Se limitará la longitud de las cunetas, conduciéndolas hacia los cauces naturales del terreno, obras de drenaje transversal o proyectando desagües donde no existan pendiente tal que le infiere al flujo una velocidad mayor a la máxima

SECCIONES TRANSVERSALES PARTICULARES
Comprende a los puentes, túneles, ensanche de plataforma y otros.

Sin perjuicio de otras limitaciones más restrictivas, no se podrá diseñar ningún tipo de intersecciones a nivel o desnivel, ni modificación del número de carriles, en los doscientos cincuenta metros (250 m) antes del inicio y después del final de un tramo afectado por una sección transversal particular, cuyos casos se describe a continuación:
Puentes
Túneles
Ensanche de plataforma
En las carreteras donde las bermas tengan anchos menores a 2,60 m, se deberá prever como medida de seguridad vial, áreas de ensanche de la plataforma a cada lado de la carretera (en forma alternada), destinadas al estacionamiento de vehículos en caso de emergencias.
Los ensanches deben diseñarse contemplando transiciones de ingreso y salida. Las dimensiones mínimas y separación máximas de ensanches de plataforma, se muestran en la Tabla 304.12.

• Carriles de aceleración y deceleración: Se proyectarán secciones transversales particulares para los Ingresos y salidas de autopistas.

• Confluencias y bifurcaciones: En las confluencias y bifurcaciones, la cotangente del ángulo entre los bordes de la calzada deberá ser como máximo, sesenta y cinco (65°) para confluencias y cincuenta (50°) para bifurcaciones.

SOBREANCHO
Es el ancho adicional de la superficie de rodadura de la vía, en los tramos en curva para compensar el mayor espacio requerido por los vehículos.
4.1. NECESIDAD DEL SOBREANCHO
La necesidad de proporcionar sobreancho en una calzada, se debe a la extensión de la trayectoria de los vehículos y a la mayor dificultad en mantener el vehículo dentro del carril en tramos curvos.
En curvas de radio pequeño y mediano, según sea el tipo de vehículos que circulan habitualmente por la carretera, ésta debe tener un sobreancho con el objeto de asegurar espacios libres adecuados (holguras), entre vehículos que se cruzan en calzadas bidireccionales o que se adelantan en calzadas unidireccionales, y entre los vehículos y los bordes de las calzadas. El sobreancho requerido equivale al aumento del espacio ocupado transversalmente por los vehículos al describir las curvas más las holguras teóricas adoptadas, (valores medios). El sobreancho no podrá darse a costa de una disminución del ancho de la berma.

Las holguras teóricas en recta y en curva ensanchada, consideradas para vehículos comerciales de 2,6 m de ancho, según el ancho de una calzada se aprecia en la tabla 302.19:


Donde:
h1 : holgura entre cada vehículo y el eje demarcado.
h2 : holgura entre la cara exterior de los neumáticos de un vehículo y el borde exterior del carril por el que circula (en recta) o de la última rueda de un vehículo simple o articulado y el borde interior de la calzada en curvas.
h2ext : holgura entre el extremo exterior del parachoques delantero y el borde exterior de la calzada, h2ext ≈ h2 en recta y h2ext = 0 en curvas ensanchadas.
Las holguras en curvas ensanchadas son mayores en calzadas de 7,20 m respecto de las de 6,0 m, no sólo por el mayor ancho de calzada, sino por las mayores velocidades de circulación que en ellas se tiene y por el mayor porcentaje de vehículos comerciales de grandes dimensiones.

4.2. DESARROLLO DEL SOBREANCHO
Con el fin de disponer de un alineamiento continuo en los bordes de la calzada, el sobreancho debe desarrollarse gradualmente a la entrada y salida de las curvas. En el caso de curvas circulares simples, por razones de apariencia, el sobreancho se debe desarrollar linealmente a lo largo del lado interno de la calzada, en la misma longitud utilizada para la transición del peralte. En las curvas con espiral, el sobreancho se desarrolla linealmente, en la longitud de la espiral.
Normalmente la longitud para desarrollar el sobreancho será de 40 m. Si la curva de transición es mayor o igual a 40 m, el inicio de la transición se ubicará 40 m, antes del principio de la curva circular. Si la curva de transición es menor de 40 m, el desarrollo del sobreancho se ejecutará en la longitud de la curva de transición disponible.

Para la determinación del desarrollo del sobreancho se utilizará la siguiente fórmula:

4.3. VALORES DEL SOBREANCHO
El sobreancho variará en función del tipo de vehículo, del radio de la curva y de la velocidad de diseño y se calculará con la siguiente fórmula:
Para anchos de calzada en tangente de 7,20 m, los valores del sobreancho de la Tabla 302.20, podrán ser reducidos en el porcentaje que se da en la Tabla 302.21 en función del radio de la curva.
El valor del sobreancho, estará limitado para curvas de radio menor a lo indicado en la Tabla 302.21 (asociado a V < 80 km/h) y se debe aplicar solamente en el borde interior de la calzada. En el caso de colocación de una junta central longitudinal o de demarcación, la
línea se debe fijar en toda la mitad de los bordes de la calzada ya ensanchada. Para radios mayores, asociados a velocidades mayores a 80 km/h, el valor del sobreancho será calculado para cada caso.

4.4. BANQUETAS DE VISIBILIDAD
Si la verificación indica que no se tiene la visibilidad requerida y no es posible o económico aumentar el radio de la curva, se recurrirá al procedimiento de la Figura 302.23.
En las curvas horizontales deberán a segurarse la visibilidad a ladistancia mínima de parada, de acuerdo a lo indicado en la Sección 205 y en la presente sección.
El control de este requisito y la determinación del ancho máximo (a max.) de la banqueta de visibilidad, se definirá luego de verificar si una curva provee o no la distancia de visibilidad requerida, de acuerdo con la Figura 302.22.

DIAGNOSTICO GENERAL
Es conveniente proveer una pendiente mínima de orden de 0.5%, a fin de asegurar en todo punto de calzada un drenaje de las aguas superficiales.
Pendiente máxima según la tabla de pendiente máximas tenemos que para una carretera de tercera clase de orografía tipo dos y velocidad de diseño 30km/h la pendiente máxima es 9% a 12%.
Excepcionalmente, el valor de la pendiente máxima podrá incrementarse hasta en 1%, para todos los casos.
En curvas con radios menores a 50 m de longitud debe evitarse pendientes mayores a 8%, para evitar que las pendientes del lado interior de la curva se incrementan significativamente.
Debido a que nuestra velocidad de operación no disminuye en 25 km/h , nuestra carretera no tendrá carriles adicionales en ningún tramo .
Las curvas parabólicas son definidas por la curvatura K=l/A para nuestro caso es igual a 3.77. además podemos decir que nos correspondería diseñar una curva cóncava tipo 4.
El ancho mínimo de la calzada será de 6.00m según la capacidad y niveles de servicio.
El ancho mínimo de berma, Franja longitudinal, paralela y adyacente a la calzada, será de 0.90m
En los tramos en tangentes, las bermas tendrán una pendiente de 4% hacia el exterior de la plataforma.
La berma situada en el lado inferior del peralte, seguirá la inclinación de éste cuando su valor sea superior a 4%. En caso contrario, la inclinación de la berma será igual al 4%.
El bombeo será de 3%. Correspondiente a una superficie afirmada.
El peralte a usar según el tipo de terreno será de 8% y/o de acuerdo a formula.
Peralte mínimo del 2% para una velocidad de 30km/h para curvas con radios mayores de 3350m.
Para el ancho y aprobación de derecho de vía que es la faja de terreno de ancho variable dentro del cual se encuentra comprendida la carretera, sus obras complementarias será para una clasificación de tercera clase un ancho mínimo de 16 metros, en nuestro diseño no lo tomaremos en cuenta ya que la longitud es mínima de 1600metros.
El ancho de faja de propiedad restringida de terreno será de 5,00 m a cada lado del Derecho de Vía, el cual será establecido por resolución del titular de la entidad competente
En el diseño será necesario usar en determinadas zona taludes por las características del terreno en zonas donde exista material inestable, para adoptar la solución más conveniente entre las diversas alternativas.
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