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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

INFORME DE LABORATORIO DE TOPOGRAFIA ALINEACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL PRESENTADO POR FRANK LEONARDO CENTENO PONCE AMELIA QUISPE CALISAYA HECTOR MANUEL ESTOFANERO MESTAS JESUS BENIGNO POMA MAMANI

FECHA PUNO, 29 DE JULIO DEL 2020

1 ALINEAMIENTO HORIZONTAL Y ALINEAMIENTO VERTICAL INTRODUCCION .............................................................................................................2 OBJETIVOS ......................................................................................................................3 ALINEAMIENTO HORIZONTAL ...............................................................................3 ELEMENTOS QUE CONFORMAN EL ALINEAMIENTO HORIZONTAL: ..............3 Tangentes ...................................................................................................................4 Tangentes Horizontales: .............................................................................................4 Curvas circulares............................................................................................................5 alineamiento horizontal en rectas....................................................................................6 longitud máxima en rectas..............................................................................................6 LONGITUD MINIMA EN RECTAS .............................................................................6 ALINEAMIENTO HORIZONTAL EN CURVAS CLASIFICACIÓN DE LAS CURVAS HORIZONTALES ..............................................................................................................7 ESTABLECIMIENTO DEL EJE DE LA VÍA (CENTER LINE) EN LA ELABORACIÓN DE UN PROYECTO DE CARRETERAS ..........................................................................8 PARÁMETROS DE DISEÑO ............................................................................................9 ALINEAMIENTO VERTICAL.........................................................................................10 DEFINICIÓN....................................................................................................................10 Elementos de una curva...............................................................................................10 TIPOS DE CURVAS VERTICALES................................................................................11 a. b. c. d.

Curvas verticales simétricas.............................................................................11 Curvas verticales asimétricas...........................................................................11 Curvas verticales en cresta...............................................................................12 Curvas verticales en columpio..........................................................................12

PENDIENTES MÁXIMAS.............................................................................................13 NORMAS GENERALES PARA EL PERFIL LONGITUDINAL....................................13 CONCLUSION.................................................................................................................14 BIBLIOGRAFÍA ..............................................................................................................14

2 INTRODUCCION

El alineamiento horizontal está constituido por una serie de líneas rectas, definidas por la línea preliminar, enlazados por curvas circulares o curvas de grado de curvatura variable de modo

que permitan una transición suave y

segura al pasar de tramos rectos a tramos curvos o viceversa. Los tramos rectos que permanecen luego de emplear las curvas de enlacen se denominan también tramos en tangente y pueden llegar a ser nulos, es decir, que una curva de enlace quede completamente unida a la siguiente. (OSPINA, 2002)

Al cambiar la dirección de un alineamiento horizontal se hace necesario, colocar curvas, con lo cual se modifica el rumbo de la vía y se acerca o se aleja este del rumbo general que se requi e re para unir el punto inicial con el final. Este cambio de dirección es necesario realizarse por los siguientes factores:

Topográfico: Con el fin de acomodar el alineamiento a la topografía y evitar cortes o llenos excesivos, minimizando costos y evitando inestabilidades en los cortes o en los llenos.

Construcciones existentes y futuras: Para lograr salvar obstáculos derivados de la utilización que tienen los terrenos por donde pasa la vía.

Hidráulico: Permitiendo cruzar una corriente de agua mediante una estructura (puente)

de modo que quede

construida en un buen sitio o ponteadero. Se llama ponteadero al lugar en el cual, tenidas en cuenta todas las variables hidráulicas, de cimentaciones, de diseño estructural, de los alineamientos de la vía, etc., resulta más económico y estable desde todo punto de vista la Vial: Con la finalidad de hacer menos conflictivo para los usuarios el cruce con cualquier otra vía terrestre (carretera,

3 ferrocarril, etc.) que atraviese la ruta que se está diseñando, sea a nivel o a desnivel.

Técnico: Cuando se quiere evadir un área con problemas de tipo geológico o geotécnico,

y cuya solución podría ser

demasiado compleja.

OBJETIVOS Diseñar el alineamiento horizontal que mejor se adapte al terreno, es decir, la proyección del eje curvatura,

vial,

mediante

entretangencia

el

cálculo

de

pendiente,

radio

de

mínima, distancia de visibilidad, y finalmente cortes y

llenos. Realizar el trazado del alineamiento horizontal de la línea de pendiente uniforme seleccionada, cumpliendo con los criterios y normas establecidas.

ALINEAMIENTO HORIZONTAL El alineamiento horizontal es la proyección del eje de la vía sobre un plano horizontal y está compuesto por rectas y curvas horizontales; las rectas se caracterizan por su “longitud y dirección”; los cambios de dirección de las rectas se suavizan con las curvas horizontales, las cuales se caracterizan por su “curvatura y su longitud En el diseño de alineamiento horizontal se utilizan las curvas circulares (radio de curvatura constantes) y curvas de transición (radios de curvatura variable). Las distancias horizontales se expresan en "progresivas", medidas a partir de un origen arbitrario, convenientemente seleccionado, que generalmente es el comienzo de un tramo de proyecto. se anotan como cualquier número, pero sustituyendo el punto que normalmente separa los miles de las centenas por un signo +. Así 34 + 275,36 expresa que ese punto está a 34.275,36 metros del origen adoptado. ELEMENTOS QUE CONFORMAN EL ALINEAMIENTO HORIZONTAL: Los elementos que integran el alineamiento horizontal son las tangentes, las curvas circulares y las curvas de transición.

4 Tangentes

Las tangentes son la proyección sobre un piano horizontal de las rectas que unen las curvas. Al punto de intersección de la prolongación de dos tangentes consecutivas se representa como PI, y al ángulo de flexión formado por la prolongación de una tangente y la siguiente se representa por A. Como las tangentes van unidas entre sí por curras, la longitud de una tangente es la distancia comprendida entre el fin de la curva anterior y el principio de la siguiente. A cualquier punto preciso del alineamiento horizontal localizado en e1 terreno sobre una tangente, se le denomina punto sobre tangente y se le representa por PST. La longitud mínima de una tangente está condicionada por la seguridad.

Las

tangentes son causa potencial de accidentes, debido a la somnolencia que produce al conductor mantener concentrada su atención en puntos fijos del camino durante mucho tiempo, o bien, porque favorecen los deslumbramientos durante la noche; por tal razón, conviene limitar la longitud de las tangentes, proyectando en su lugar alineamientos ondulados con curvas de gran radio. La longitud minina de tangente entre dos curvas consecutivas está definida por la longitud necesaria para dar la sobreelevación y ampliación a esas curvas. 2.1.1Tangentes Horizontales: estas deben cumplir con la longitud minina especificada, la longitud máxima no viene límite, sin embargo, cuando éstas son muy largas, pueden resultar peligrosas, porque provocan somnolencia en el conductor, esto podrá evitarse sustituyéndolas por otras de menor longitud unidas por curvas suaves.

NORVIAL

L ≤ 2000 m

1985

L ≥ 800 m

NORVIAL 1996

L ≤ (50/3) x Vp "Debido a que el uso de tramos rectos de carretera sería materialmente imposible e

AASHTO 2004

indeseable estéticamente, curvas horizontales son elementos esenciales en el diseño de las carreteras ..."

5 Curvas circulares

Curvas circulares son los arcos de círculo que forman la proyección horizontal de las curvas empleadas para unir dos tangentes consecutivas; las curvas circulares pueden ser simples o compuestas, según se trate de un solo arco de círculo o de dos o más sucesivos, de diferente radio. Cuando dos tangentes están unidas entre sí por una sola curva circular, ésta se denomina curva simple. En el sentido del cadenamiento, las curvas simples pueden ser hacia la izquierda o hacia la derecha. Las curvas circulares simples tienen como elementos característicos. La curvatura debe ser consistente con la velocidad de proyecto. Los rangos de radios a emplearse no solo deben atender a las condiciones topográficas, sino que deben inducir a mantener la velocidad de proyecto.

El radio mínimo de curvatura se podrá calcular a través de la ecuación de Peralte. 𝑉� 𝑎 𝑥 2 𝑝+𝑓 =

𝑅�𝑖� =

127 𝑅

�𝑖�

𝑉� 𝑎 𝑥 2 127 (𝑝 �𝑎𝑥 + 𝑓)

Donde: 𝒑

Peralte

𝒇

Fricción

𝑽�𝒂𝒙

Velocidad máxima (Velocidad de proyecto)

𝑹�𝒊�

Radio mínimo de curvatura

𝑓 = 2,2815 𝑉�𝑎𝑥 −0,635

Las diferencias de radios no deben variar drásticamente, sino progresivamente, a una relación de:

6 𝑅1 = 1,5 𝑅2 Cuando dos tangentes están unidas entre sí por una sola curva circular, ésta se denomina curva simple. En el sentido del cadenamiento, las curvas simples pueden ser hacia la izquierda o hacia la derecha. Las curvas circulares simples tienen como elementos característicos.

ALINEAMIENTO HORIZONTAL EN RECTAS LONGITUD MAXIMA EN RECTAS •

la longitud de los trayectos en recta está limitada por las condiciones topográficas. sin embargo, en carreteras, no son recomendables trayectos en recta más largos que los que puedan recorrerse en 90 segundos según la velocidad de diseño, por los efectos siguientes:

•

durante la noche, las luces contrarias demasiado prolongadas, retardan la acomodación de los ojos, al pasar del claro al oscuro.

•

durante el día, cuando el tránsito es escaso, la prolongada presencia de un vehículo que viene en sentido contrario, tiende a disminuir el estado de alerta que todo conductor asume cuando va a cruzarse con otro.

•

tanto en tránsito diurno como en nocturno, la prolongada presencia de un vehículo que viene en sentido contrario, dificulta la estimación de la distancia que separa ambos vehículos y la velocidad de aproximación

LONGITUD MINIMA EN RECTAS 1_Estas longitudes máximas son mayores que las requeridas para la visibilidad de paso. en los casos en que topográficamente parezca conveniente disponer rectas más largas, se recomienda intercalar curvas circulares de radios grandes y deflexiones pequeñas. 2_Cuando las curvas revertidas tienen transiciones (espirales) las curvas pueden ser exactamente revertidas. en el caso de que haya una distancia recta muy corta entre ambas espirales, debe adoptarse una rata de transición, de modo que solamente haya un punto de inflexión entre ambas. 3_Cuando las curvas son del mismo sentido, la longitud de la recta entre 2 curvas consecutivas del mismo sentido con radio diferente, debe ser igual o mayor a la distancia

7 recorrida en cinco segundos, según la velocidad de diseño. Cuando geométricamente no pueda cumplirse esta norma, debe sustituirse el tramo recto y las 2 curvas adyacentes, por una sola curva de mayor radio, simple o con transiciones. 4_La longitud mínima de recta entre el portal de un túnel y una curva horizontal, debe ser la equivalente al recorrido en 2,5 segundos según la velocidad de diseño de la vía, tanto si la curva horizontal está dentro o fuera del túnel. Otros valores recomendados son: (Perú) L min.s

=

1,39 V d

L min.o

=

2,78 V d

L máx

=

16,70 Vd

Siendo: L min.s

=

Longitud mínima (m) para trazados en "S" (alineación recta entre alineaciones curvas con radios de curvatura de sentido contrario).

L min.o

=

Longitud mínima (m) para el resto de casos (alineación recta entre alineaciones curvas con radios de curvatura del mismo sentido).

L máx

=

Longitud maxima (m).

Vd

=

Velocidad de diseño (Km/h)

ALINEAMIENTOS HORIZONTALES EN CURVAS •

El alineamiento en planta de una carretera consiste en una serie de tramos rectos (tangentes) conectados por curvas circulares las curvas circulares son, entonces, los arcos de círculos que forman la proyección horizontal de las curvas empleadas para unir dos tangentes consecutivas.

ALINEAMIENTO HORIZONTAL EN CURVAS CLASIFICACIÓN DE LAS CURVAS HORIZONTALES Tipos de Curvas: Curvas de Transición: las curvas de transición tienen por objetivo evitar las discontinuidades en la curvatura del trazo, por lo que en su diseño deberán ofrecer las

8 mismas condiciones de seguridad, comodidad y estética que el resto de los elementos del trazado. Curvas Compuestas: en lo posible, se evitará el proyecto de curvas compuestas, particularmente si la adopción de un solo radio motiva solamente un pequeño aumento de costo. El enlace de los arcos circulares deberá efectuarse con un arco en espiral cuyo parámetro será el mayor de los correspondientes a las dos curvas. La longitud total de una curva compuesta no deberá ser menor de 150 metros y debe procurarse que el radio mayor no exceda en más de 2.5 veces al menor. Curvas Revertidas: estas deben ser provistas de sus correspondientes espirales de transición. Su empleo debe limitarse a terrenos montañosos y condiciones especiales en vías urbanas. En carreteras rurales en terrenos fáciles debe evitarse el empleo de curvas revertidas. Curvas consecutivas con recta intermedio corta: deben evitarse, en lo posible, procurando resolver el alineamiento en estos casos con una sola curva o con curvas compuestas, cuando son de igual sentido, o con curvas revertidas, cuando son de sentidos contrarios. Curvas circulares.- se clasifican en : 1. curvas horizontales circulares simples 2. curvas horizontales circulares compuestas 3. curvas horizontales circulares revertidas 1. ESTABLECIMIENTO

DEL EJE DE

LA VÍA (CENTER LINE) EN

LA

ELABORACIÓN DE UN PROYECTO DE CARRETERAS •

la ubicación del eje de la vía, conocido también como línea central o center line, va a depender del tipo de vía que se proyecta, y no siempre se ubica en el centro de la vialidad. los casos más frecuentes de ubicación del eje de vía en un proyecto de carreteras son los siguientes

ESTABLECIMIENTO DEL EJE DE LA VÍA (CENTER LINE) EN LA ELABORACIÓN DE UN PROYECTO DE CARRETERAS •

en vías sin divisoria, o con divisoria de barrera angosta, (igual o menor a 3 m), la rasante se ubica en el eje de simetría de la sección, que generalmente es el eje que define el alineamiento horizontal.

9 •

en carretera con divisorias de barrera anchas o con divisoria deprimida, la rasante se ubica en el borde de cada calzada más próximo a la divisoria. En vías y rampas de un solo sentido de circulación, es recomendable ubicar la rasante en el borde izquierdo de la calzada, correlativo al sentido de la circulació n.

DISEÑO DE LA GEOMETRÍA DEL ALINEAMIENTO HORIZONTAL. PARÁMETROS DE DISEÑO •

los parámetros que rigen el diseño geométrico de una vía son tres como se había mencionado anteriormente (velocidad, tránsito y vehículo tipo), sin embargo, existen otros parámetros que influyen en el diseño de algunos elementos específico, en este caso en el diseño del alineamiento horizontal; estos parámetros son el peralte, el radio de curvatura y el factor de fricción lateral.

•

FACTOR DE FRICCION: Se refiere a la fricción que se genera en el contacto esto ocurre en las curvas horizontales cuando los vehículos realizan el giro, y juega un papel importante en el diseño de una curva horizontal.

•

EL PERALTE: es la inclinación de la vía con relación a la horizontal transversal al sentido (cambio de dirección en la marcha)

•

valores de peralte

•

EL RADIO DE CURVATURA: Es el radio que describe una circunferencia con el cual se diseña una curva horizontal circular de un tramo vial. Geométricamente, este radio es un valor propio de la vía.

•

RADIO DE GIRO: es el radio que describe un vehículo cuando realiza un determinado giro. no es más que la circunferencia que describe la rueda delantera del todo contrario al que gira, este radio o correspondiente diámetro viene indicado por el fabricante.

DISEÑO DE LA GEOMETRÍA DEL ALINEAMIENTO HORIZONTAL. PARÁMETROS DE DISEÑO •

longitud rectas (km) condición topográfica radios mínimos (mts) 0,75 a 2,00 llano 700 más de 2,00 llano 2000 0,75 a 2,00 ondulado 500 más de 2,00 ondulado 1500 0,75 a 2,00 montañoso 350 más de 2,00 montañoso 700.

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ALINEAMIENTO VERTICAL

DEFINICIÓN Las curvas verticales pueden tener su concavidad hacia arriba o hacia abajo. Las curvas cóncavas hacia arriba se denominan curvas en cresta, y las curvas cóncavas hacia abajo se llaman curvas en columpio. Dentro de este tipo de curvas verticales, el diseñador geométrico tiene la opción de calcular las curvas como curvas verticales simétrica o curva vertical asimétrica; estas opciones dependen del presupuesto del proyecto, características del terreno, estética y criterios de diseño que estén tomando en cuenta.

ELEMENTOS DE UNA CURVA VERTICAL

11 TIPOS DE CURVAS VERTICALES

a. CURVAS VERTICALES SIMÉTRICAS Son aquellas que se proyectan simétricamente con respecto al punto de intersección de la pendiente, de manera que sean iguales las proyecciones horizontales de las tangentes.

b. CURVAS VERTICALES ASIMÉTRICAS Cuando las proyecciones horizontales de las tangentes tengan pendientes diferentes, se clasificarán como curvas verticales asimétrica. Este caso puede siempre presentarse cuando las pendientes de la rasante están determinadas y una de ellas se encuentra en un punto obligado que limita la longitud de una de las ramas de la parábola. La curva que mejor satisface el cambio gradual de una tangente a otra es la parábola. Ya que está referida a dos ejes ´perpendiculares X y, con origen en el PCV, representan las coordenadas horizontales y verticales en cualquier punto de la curva. En el perfil longitudinal elaborado en el diseño se muestran ambas curvas, convexas y cóncavas.

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c. CURVAS VERTICAL EN CRESTA. (CONVEXAS)

Se diseñan de acuerdo a las más amplias distancias de visibilidad de parada para la respectiva velocidad de diseño. Existen dos condiciones de diseño: La primera que la longitud de la curva (L) sea mayor que la distancia de visibilidad de parada: L > Dvp La segunda que la longitud de la curva (L) sea menor que la distancia de visibilidad de parada: L < Dvp

d. CURVAS VERTICALES EN COLUMPIO. (CONCAVAS)

Su diseño es conforme a la distancia que alcanzan a iluminar los faros del vehículo de diseño (criterio de seguridad). Existen dos condiciones de diseño: La primera que la longitud de la curva (L) sea mayor que la distancia de visibilidad de parada: L > Dvp La segunda que la longitud de la curva (L) sea menor que la distancia de visibilidad de parada: L < Dvp Para que las curvas verticales en columpio cumplan con la distancia de visibilidad necesaria, su longitud deberá calcularse usando la siguiente formula:

𝐿

=𝐾 ×𝐴

PENDIENTES MAXIMAS La configuración natural del terreno se modifica para obtener un perfil que se amolde a las necesidades del nuevo uso. A este nuevo perfil se le denomina rasante y estará formado por distintos tramos cuya característica principal será su pendiente. Las pendientes máximas admisibles en una carretera dependen de la velocidad de diseño, de la composición del transito y del tipo de terreno atravesado, las pendientes máximas recomendables son:

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El limite inferior de los rangos de pendiente anotados, debe usarse preferentemente en pistas y vías expresas. El limite superior debe usarse solamente en vías secundarias.

NORMAS GENERALES PARA EL PERFIL LONGITUDINAL. a. (P2 – P1) > 0.5% para que se pueda realizar el diseño, ya que pendiente menores a esta son tan pequeñas que se pierden en la construcción. b.Criterio de Seguridad: se aplica a curvas verticales en cresta y en columpio. la longitud de la curva debe ser mayor o igual a la distancia de visibilidad de parada. c.Criterio de Comodidad: se aplica al diseño de curvas verticales en columpio, en donde la fuerza centrífuga que aparece en el vehículo al cambiar de dirección se suma al peso propio del vehículo. generalmente queda englobado siempre por el criterio de seguridad. d.Criterio de drenaje: se aplica al diseño de curvas verticales en crestas y en columpio. para advertir la necesidad de modificar alas pendientes longitudinales de las cunetas.

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CONCLUSION

Concluimos que el alineamiento horizontal es la proyección del eje de proyecto ya sea sobre un plano horizontal. Sus elementos son tangentes y curvas horizontales. Tiene puntos de inflexión (PI), formando entre si un ángulo de flexión.

La longitud máxima de una tangente está condicionada por la seguridad, ya que tangentes largas son causa potencial de accidentes.

La longitud mínima de una tangente entre dos curvas consecutivas está definida por la longitud necesaria para proporcionar a cada curva la transición.

BIBLIOGRAFÍA

Ministerio

de

Transportes,

Comunicaciones

y

Comunicaciones. 2001. Manual de Diseño Geométrico de Carreteras (DG 2001). Lima, Perú, MTC. 451 p. https://es.slideshare.net/IsaulDiaz/clase-2-alineamientos-horizontales https://sjnavarro.files.wordpress.com/2011/08/curvashorizontales_transiciones-y-peraltes1.pdf •

Cárdenas, J. (2014). Diseño Geométrico de Carreteras. En J. Cárdenas. Bogotá: ECOE EDICIONES.

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MTOP. (2013). Norma Ecuatoriana Vial NEVI-12. Quito, Pichincha, Ecuador.

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Navarro, S. (2008). Curvas Horizontales. Estelí, Nicaragua.