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UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS LAUREATE INTERNATIONAL UNIVERSITIES INGENIERÍA DE CARRETERAS UNIDAD 2 TRAMOS TANGENTES Y DISTANCIAS DE VISIBILIDAD RADIO MÍNIMO Y PERALTE MÁXIMO VISIBILIDAD EN CURVAS HORIZONTALES CURVAS DE TRANSICIÓN SOBRE ANCHOS FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL El alineamiento horizontal está formado por la sucesión de tramos rectos (tangentes) y tramos curvos. Los tramos curvos pueden ser curvas simples o curvas compuestas, las cuales pueden ser unidas a los tramos tangentes mediante curvas de transición (clotoides). tangente Curva circular Curva circular Fuente: José Céspedes DISEÑO GEOMETRICO DEL CAMINO ALINEAMIENTO HORIZONTAL UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS Fuente: AASHTO Tangente Curva de transición Curva circular Componentes Fuente: Quintana y Altez Fuente: AASHTO DISEÑO GEOMETRICO DEL CAMINO ALINEAMIENTO HORIZONTAL UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS Las longitudes mínimas y máximas de los tramos en tangente dependerá de la velocidad directriz y del tipo de alineación entre curvas y tangentes. TRAMOS EN TANGENTE DISEÑO GEOMETRICO DEL CAMINO ALINEAMIENTO HORIZONTAL UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS TRAMOS EN TANGENTE Se busca eliminar problemas relacionados con el cansancio, deslumbramiento y exceso de velocidad Alineación recta entre alineaciones curvas con radios de curvatura de sentido contrario Lmin.s (m) = 1.39 Vd Alineación recta entre alineaciones curvas con radios de curvatura del mismo sentido Lmin o (m) = 2.78 Vd Longitud máxima Lmáx (m) = 16.7 Vd “Vd” en km/h ALINEAMIENTO HORIZONTAL UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISEÑO GEOMETRICO DEL CAMINO ALINEAMIENTO HORIZONTAL UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA Es la distancia mínima requerida para que se detenga un vehículo que viaja a velocidad de diseño, antes de que alcance un objetivo inmóvil que se encuentra en su trayectoria. dpr = distancia recorrida durante el tiempo de percepción-reacción df = distancia recorrida durante el tiempo de frenado Dp = distancia de parada = dpr + df > 0.15 m 1.15 m UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA Distancia de percepción – reacción (dpr) Depende de: • La reacción natural del conductor (edad, habilidad) • Visibilidad (clima). • Características del objeto estacionario. • Dependiendo de la situación y de las características del conductor, el tiempo de percepción-reacción varía entre 0.5 y 4.0 segundos. La distancia de visibilidad de parada es la suma de las distancias recorridas durante los tiempos de percepción-reacción y frenado. UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA Distancia de percepción – reacción (dpr) La AASHTO recomienda un tiempo promedio de 2.5 segundos, y se considera que la velocidad del vehículo (V0) se mantiene constante durante este tiempo. dpr = V0(tpr) dpr: distancia perecepción-reacción (m) V0: velocidad de diseño (Km/h) tpr: tiempo percepción-reacción (seg)3,6 tV d pr0 pr UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA Distancia de frenado (df) Depende de: fricción entre el pavimento y las llantas, peso del vehículo, número de ejes y tipo de pavimento. UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS • Sin tomar en cuenta las resistencias al rodamiento, al aire y del motor se tiene que: Donde: V0 = velocidad al momento de aplicar los frenos t = tiempo en recorrer la distancia df a = tasa de deceleración • También en movimiento uniformemente decelerado y cuando el vehículo se detiene se sabe: Vf=V0-at V0 = at t = V0/a DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA Distancia de frenado (df) 2 at tVd 2 0f UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA Distancia de frenado (df) También se sabe que sobre el vehículo actúa una fuerza F=ma que debe ser contrarrestada por otra igual a fin de detener el vehículo, denominada fuerza de fricción longitudinal FL=fW F=FL => ma = fW = fmg => a = fg f: coeficiente de fricción longitudinalFL F W=mg N 2a V 2 a V a a V Vd 2 0 2 0 0 0f Reemplazando t se obtiene: UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA Distancia de frenado (df) Reemplazando en la distancia de frenado, tenemos: El coeficiente de fricción longitudinal f, depende de: • Superficie de rodadura • Rigidez de las llantas • Deformación de las llantas • Presión y temperatura de las llantas 2fg V d 2 0 f V0: (km/h) df: (m)254f V d 2 0 f UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA Finalmente: “f” no es constante. Los estudios realizados se hicieron sobre pavimento húmedo y a diferentes velocidades iniciales. Por ejemplo, en la siguiente tabla podemos ver como el coeficiente de fricción longitudinal disminuye conforme aumenta la velocidad. 254f V 3,6 tV Dp 2 0pr0 Dp: Distancia de parada (m) V: Velocidad de diseño (km/h) tpr: tiempo de percepción-reacción (seg) f: coeficiente de fricción, pavimento húmedo UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD DISTANCIAS DE PARADA EN PAVIMENTO HUMEDO Y A NIVEL (AASHTO) La tabla muestra los coeficientes de fricción longitudinal relacionados a cada velocidad de diseño. UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA EFECTO DE LA PENDIENTE EN LA DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA a) + i% - i% b) - El vehículo se considera viaja con V0 < Vd - Las distancias de parada son más cortas - El vehículo se considera viaja con V0 ≥ Vd - Las distancias de parada son más largas i)254(f V 3,6 tV Dp 2 0pr0 Dp: Distancia de parada (m) V: Velocidad de diseño (km/h) tpr: tiempo de percepción-reacción (seg) f: coeficiente de fricción, pavimento húmedo i: pendiente longitudinal en decimal UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS • Es la distancia mínima necesaria para que un vehículo pueda adelantar a otro sin tener problemas con un tercer vehículo que viaja en sentido contrario. • Se analiza considerando una calzada compuesta por dos carriles uno para cada sentido de circulación. • El análisis se realiza en 2 fases que incluyen las distancias d1, d2, d3 y d4. DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD d1 d2 d3 d4 1 1 1 3 3 2 UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS d1 1/3 d2 d1 2/3 d2 d2 d3 d4 FASE 1 FASE 2 DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS d1: Es la distancia recorrida durante el tiempo de percepción reacción y la aceleración inicial para alcanzar el punto de cambio de carril. DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD d1 1 1 2 Se ha estimado que el tiempo necesario para conseguir esta distancia varía de 3.7 a 4.3s y que la aceleración varía de 2.27 a 2.37 m/s2 UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS Donde:t: tiempo de la maniobra inicial (s) a: aceleración promedio (km/h/s) v: Velocidad promedio del vehículo (km/h) m: diferencia de velocidad entre el vehículo que sobrepasa y el adelantado La expresión que permite calcular la distancia d1 es: DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD ) 2 at m0,278t(vd1 UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS d2: distancia recorrida por el vehículo que sobrepasa mientras ocupa el carril izquierdo. DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD d1 1/3 d2 d1 2/3 d2 d2 d3 d4 FASE 1 FASE 2 UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS Se ha encontrado que el tiempo promedio que un vehículo ocupa el carril izquierdo varía de 9.3 a 10.4 s. El vehículo que adelanta tiene en promedio una velocidad de 15 km/ h mayor a la del vehículo sobrepasado La expresión que permite calcular la distancia d2 es: Donde: t: tiempo que el vehículo ocupa carril izquierdo (s) v: velocidad promedio del vehículo (km/h) DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD 0,278vtd2 UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS d3: distancia entre el vehículo que sobrepasa al final de su maniobra y el vehículo que viaja en sentido contrario. Se ha encontrado (AASHTO) que la distancia d3 varía de 30 a 90 m según la velocidad DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD 2/3 d2 d3 d4 FASE 2 90md330m UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS d4: Distancia recorrida por el vehículo que viaja en sentido contrario Se asume que el vehículo que adelanta y el que viaja en sentido contrario tienen la misma velocidad. DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD 2/3 d2 d3 d4 FASE 2 d2 3 2 d4 UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS - Se necesitaría mayor distancia para sobrepasar - La aceleración sería menor. - Se necesitarían mayores tiempos. - El vehículo en el carril contrario podría tener mayor velocidad. - Los vehículos sobrepasados usualmente son camiones. - La distancia necesaria para adelantar sería más corta. - La velocidad y aceleración podrían ser mayores. - El tiempo para sobrepasar seria menor. - El vehiculo sobrepasado también podría acelerar. EFECTO DE LA PENDIENTE EN LA DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO + i% - i% a) b) DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS Estas distancias de paso ya incluye la suma de las distancias d1, d2, d3, y d4 mencionadas anteriormente. DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS • Cuando no existen impedimentos impuestos por el terreno y que se reflejan por lo tanto en el costo de construcción, la visibilidad de paso debe asegurarse para el mayor desarrollo posible del proyecto. • Los sectores con visibilidad adecuada para adelantar deberán distribuirse lo más homogéneamente posible a lo largo del trazado • Se deberá evitar que se tengan sectores sin visibilidad de adelantamiento en longitudes superiores a las de la Tabla 205.01, según la categoría de la carretera. Consideraciones: DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE SOBREPASO DISTANCIAS MINIMAS DE VISIBILIDAD Los tramos con visibilidad adecuada para adelantar deberán distribuirse homogéneamente a lo largo de la carretera. En tramos de carretera de longitud mayor a 5 km se tiene: UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS E T Mm T BC/2 C/2 E: externa T: tangente PI: punto de intersección de tangentes : Angulo de deflexión de las tangentes PC: inicio curva, fin de tangente PT: fin de curva, inicio de tangente M: distancia de la ordenada media DISEÑO GEOMETRICO DEL CAMINO ELEMENTOS DE UNA CURVA CIRCULAR UNIDAD 2 CURVA CIRCULAR HORIZONTAL INGENIERÍA DE CARRETERAS /2)Rtan(Tangente δ /2)2Rsen(Cuerda δ Cuerda /2)cos(1RM δ 1/2)Sec(RE δ DISEÑO GEOMETRICO DEL CAMINO ECUACIONES DE LOS ELEMENTOS DE UNA CURVA CIRCULAR 180 δ πRL 0 UNIDAD 2 CURVA CIRCULAR HORIZONTAL INGENIERÍA DE CARRETERAS Cadenamiento o Progresiva Como el alineamiento está en planta, el cadenamiento o progresiva se mide a lo largo de los tramos en tangente y tramos curvos UNIDAD 2 CURVA CIRCULAR HORIZONTAL INGENIERÍA DE CARRETERAS ALINEAMIENTO HORIZONTAL – CADENAMIENTO DE CURVAS HORIZONTALES El cadenamiento o progresiva de cualquier punto de la curva se mide sobre la proyección horizontal. Ejemplo: Si el radio de la curva es 100 m Cadenamiento del PI: 6+300 Angulo deflexión: 90º Entonces la tangente mide 100 m Y la longitud de la curva 157.1 m Cadenamiento PC: 6+300-100 = 6+200 Cadenamiento PT: 6+200+157.1 = 6+357.1 E T Mm T BC/2 C/2 UNIDAD 2 CURVA CIRCULAR HORIZONTAL INGENIERÍA DE CARRETERAS CONCLUSIONES UNIDAD 2 TANGENTES/DIST.VISIBILIDAD INGENIERÍA DE CARRETERAS
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