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• Jorge Luis Churata Turpo

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TEMA:

INGENIERIA DE TRANSPORTES

ALINEAMIENTO HORIZONTAL Y VERTICAL

PRESENTADO POR • • • •

:

MONTESINOS MAMANI, Mc Arthur Aldair FLOREZ GONZALES, Cesar Augusto ATENCIO PAJA, Wilber Junior HUAMAN CASAPERALTA, Edwar Denis

1. INTRODUCCION • Desde el principio de la existencia del ser humano se ha observado su necesidad por comunicarse, por lo cual fue desarrollando diversos métodos para la construcción de caminos, desde los caminos a base de piedra y aglomerante hasta nuestra época con métodos perfeccionados basándose en la experiencia que conducen a grandes autopistas de pavimento flexible o rígido. • La carretera es en primer lugar un medio de transporte que se debe construir para resistir y permitir en forma adecuada el paso de vehículos, para lograr este objetivo, el diseño debe adoptar ciertos criterios de resistencia, seguridad y uniformidad. La mayor parte de estos criterios requieren de años de experiencia junto con otras investigaciones que se realizan frecuentemente. • Existen en la ingeniería de carreteras métodos en donde se han establecido formulas, las cuales están sujetas a interpretaciones y criterios.

2. OBJETIVOS • Conocer los elementos geométricos de una carretera.

• Conocer las definiciones, elementos y diseño de un alineamiento horizontal o en planta. • Conocer los diferentes valores que pueden tomar los elementos para un buen diseño de una carretera o vía.

• Conocer las definiciones, elementos y diseño de un alineamiento vertical o en perfil.

3. REFERENCIA NORMATIVA  MANUAL DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE VÍAS URBANAS – 2005.

 MANUAL DE CARRETERAS DISEÑO GEOMÉTRICO DG-2014.

4. MARCO TEORICO Generalidades

• Los elementos geométricos de una carretera (planta, perfil y sección transversal), deben estar convenientemente relacionados, para garantizar una circulación ininterrumpida de los vehículos, tratando de conservar una velocidad de operación continua y acorde con las condiciones generales de la vía. • Lo antes indicado, se logra haciendo que el proyecto sea gobernado por un adecuado valor de velocidad de diseño; y, sobre todo, estableciendo relaciones cómodas entre este valor, la curvatura y el peralte. Se puede considerar entonces que el diseño geométrico propiamente dicho, se inicia cuando se define, dentro de criterios técnico – económicos, la velocidad de diseño para cada tramo homogéneo en estudio.

4.1. ALINEAMIENTO HORIZONTAL • “Un alineamiento horizontal es la proyección sobre un plano horizontal de su eje real o espacial. Dicho eje horizontal está constituido por una serie de tramos rectos denominados tangentes, enlazados entre sí por curvas” (Cárdenas, 2014, pág. 38).

4.1.1. ALINEAMIENTOS RECTOS • El trazado de una vía urbana contiene usualmente alineamientos rectos, los cuales ofrecen ventajas de orientación, entre otras. Usualmente la longitud de los alineamientos rectos está condicionada por las características del derecho de vía, sin embargo, cuando es posible decidir sobre las mismas, sobre todo en zonas habitacionales donde las vías locales tienen restricciones de velocidad, conviene intercalar trazados curvos por las ventajas de la variedad paisajista que estos ofrecen, así como por el control de velocidad que inducen

4.1.1. ALINEAMIENTOS RECTOS • No se recomienda en el presente Manual restricción a las longitudes máximas de tramos rectos, pero si para las longitudes mínimas de aquellas rectas comprendidas entre curvas, las mismas que se sugiere no sean inferiores a 100 a 200 m. • Cuando no sea posible atender las distancias mínimas recomendables entre curvas circulares se deberá adoptar las longitudes mínimas de tangentes, indicada en el Cuadro 8.1.1, En caso de utilizar curvas del tipo clotoide la longitud de tangentes puede ser tan pequeña como se desee.

FUENTE: Manual de Diseño Geométrico de Vías Urbanas 2005

DISEÑO GEOMÉTRICO EN PLANTA • El alineamiento horizontal deberá permitir la operación ininterrumpida de los vehículos, tratando de conservar la misma velocidad de diseño en la mayor longitud de carretera que sea posible.

• La definición del trazado en planta se referirá a un eje, que define un punto en cada sección transversal. En general, salvo en casos suficientemente justificados, se adoptará para la definición del eje: En autopistas • El centro del separador central, si éste fuera de ancho constante o con variación de ancho aproximadamente simétrico. • El borde interior de la vía a proyectar en el caso de duplicaciones. • El borde interior de cada vía en cualquier otro caso.

En carreteras de vía única • El centro de la superficie de rodadura.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO Algunos aspectos a considerar en el diseño en planta:

• Deben evitarse tramos con alineamientos rectos demasiado largos. Tales tramos son monótonos durante el día, y en la noche aumenta el peligro de deslumbramiento de las luces del vehículo que avanza en sentido opuesto. Es preferible reemplazar grandes alineamientos, por curvas de grandes radios. • Para las autopistas de primer y segundo nivel, el trazado deberá ser más bien una combinación de curvas de radios amplios y tangentes no extensas.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO • En el caso de ángulos de deflexión Δ pequeños, iguales o inferiores a 5º, los radios deberán ser suficientemente grandes para proporcionar longitud de curva mínima L obtenida con la fórmula siguiente: L > 30 (10 - Δ), Δ < 5º

No se usará nunca ángulos de deflexión menores de 59' (minutos). La longitud mínima de curva (L) será:

Fuente: MANUAL DE CARRETERAS DISEÑO GEOMÉTRICO DG-2014.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO • En carreteras de tercera clase no será necesario disponer curva horizontal cuando la deflexión máxima no supere los valores del siguiente cuadro:

CONSIDERACIONES DE DISEÑO • Al final de las tangentes extensas o tramos con leves curvaturas, o incluso dónde siga inmediatamente un tramo homogéneo con velocidad de diseño inferior, las curvas horizontales que se introduzcan deberán concordar con la precedente. • No son deseables dos curvas sucesivas en el mismo sentido cuando entre ellas existe un tramo en tangente. Será preferible sustituir por una curva extensa única o, por lo menos, la tangente intermedia por un arco circular, constituyéndose entonces en curva compuesta.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO • Las curvas sucesivas en sentidos opuestos, dotadas de curvas de transición, deberán tener sus extremos coincidentes o separados por cortas extensiones en tangente. • En el caso de curvas opuestas sin espiral, la extensión mínima de la tangente intermedia deberá permitir la transición del peralte.

• En consecuencia, deberá buscarse un trazo en planta homogéneo, en el cual tangentes y curvas se sucedan armónicamente. • No se utilizarán desarrollos en Autopistas y se tratará de evitar estos en carreteras de Primera clase. Las ramas de los desarrollos tendrán la máxima longitud posible y la máxima pendiente admisible, evitando en lo posible, la superposición de ellas sobre la misma ladera.

TRAMOS EN TANGENTE • Las longitudes mínimas admisibles y máximas deseables de los tramos en tangente, en función a la velocidad de diseño, serán las indicadas en la Tabla 302.01.

Las longitudes de tramos en tangente presentada en la Tabla 302.01, están calculadas con las siguientes fórmulas: L min.s : 1,39 V L min.o : 2,78 V L máx : 16,70 V

(MANUAL DE CARRETERAS DISEÑO GEOMÉTRICO DG-2014.)

CURVAS HORIZONTALES

CURVAS HORIZONTALES • El diseño de las curvas obedece a diferentes criterios. Son comunes las curvas circulares simples y las compuestas, las mismas que pueden llevar curvas de transición del tipo espiral. Los tramos con espiral se utilizarán entre alineamientos rectos y la curva circular, para proporcionar una trayectoria más confortable y segura; posibilitar velocidades más uniformes; facilitar la dirección de los vehículos; efectuar la variación del peralte y sobreancho; así como mejorar el aspecto estético del alineamiento.

CURVAS HORIZONTALES • El cambio de un tramo en tangente para otro en curva, o sea, de un radio infinito para un radio finito, no debe ser hecho bruscamente, lo que puede ofrecer inseguridad e incomodidad, tanto para la carga como para los pasajeros.

DONDE:

𝑅𝑚𝑖𝑛

𝑉2 = (127 ∗ 0.01𝑝 + 𝑓𝑚𝑎𝑥 )

V = VELOCIDAD DE DISEÑO EXPRESADA EN KMS/ HORA . P = PERALTE EN PORCENTAJE . FMAX= COEFICIENTE DE FRICCIÓN CORRESPONDIENTE A LA VELOCIDAD DE DISEÑO EN CASO DE QUE NO PUEDA UTILIZARSE LOS PERALTES MÁXIMOS, O QUE CONVENGA EMPLEAR UNOS MENORES, LOS RADIOS MÍNIMOS A UTILIZAR SERÁN LOS OBTENIDOS MEDIANTE LA FÓRMULA MOSTRADA A CONTINUACIÓN:

CURVAS CIRCULARES SIMPLES • Es el tipo de curvas usado para concordar dos alineamientos rectos en el trazado de una vía urbana. En estos, el radio es el elemento principal a ser escogido, de tal manera que la mejor curva se adapte al terreno en el lugar del proyecto.

CURVAS CIRCULARES COMPUESTAS • Se recomienda el uso de este tipo de curvas en proyectos de intersecciones y canalizaciones de vías urbanas. La combinación de las curvas circulares en una curva compuesta, puede tener las siguientes características:

LONGITUDES Y CURVAS DE TRANSICION • Los tramos de transición con curvas de tipo espiral se utilizarán entre alineamientos rectos y la curva circular, para proporcionar una trayectoria más confortable y segura; posibilitar velocidades más uniformes; facilitar la dirección de los vehículos; efectuar la variación del peralte y sobreancho; así como mejorar el aspecto estético del alineamiento

SOBREANCHO Según el Manual de Carreteras - Diseño Geométrico (DG 2013), los sobreancho son una ampliación adicional de la superficie de rodadura de la vía, en los tramos en curva para compensar el mayor espacio requerido por los vehículos

Puede calcularse por la geometría para cualquier combinación de radio y distancia entre ejes. (AASHTO, 2011)

El sobreancho varía en función al tipo de vehículo, al radio de curvatura y de la velocidad directriz.

IMAGEN: Detalles y especificaciones del Diseño geométrico de carreteras del INVIAS 1998 – Marcos Vela T.

Este ancho adicional puede ser calculado utilizando la siguiente fórmula desarrollada por VoshellBalazzo, ya adoptada por la AASHTO. De la imagen se puede deducir que:

R: Radio hasta el extremo del parachoques delantero S: Sobreancho

L: Distancia del parachoques delantero y el eje trasero de

Manual interamericano de transito

Si se asume que R´ es simplemente igual a Rc, se tiene que para una calzada de n carriles:

R: Radio de la curva circular S: Sobreancho N: Número de carriles Manual interamericano de transito

Finalmente se deberá asignar anchura extra “Z”, que viene a ser una anchura radial adicional de pavimento para dar cabida a la dificultad de maniobra en una curva, y a la variación en la operación del conductor.

S = Sobreancho, en metros n = número de carriles R = radio de la curva en el eje, en metros v = velocidad directriz, en km/h b = distancia entre ejes del vehículo típico de proyecto, en metros

Transición de Sobreancho (Sin Espirales)

S : Sobreancho R : Radio de proyecto R´ : R – S/2 (Radio reducido) Ri : R – C/2 – S (R. B. interior) Re : R + C/2 (R. B. exterior) AB : tramo en que se realiza la variación del peralte ArcoAB: tramo de curva de radio variable del valor a los valores R y R´

Para calcular la añadidura del ancho hasta llegar al valor total del sobreancho, a lo largo de la curva de transición, se puede usar la siguiente fórmula:

donde: s = sobreancho en una sección cualquiera L = distancia de esta sección hasta el punto de tangente TS o ST. Le = Longitud de la espiral

Transición de Sobreancho (Con Espirales)

S : Sobreancho R : Radio de proyecto R´ : R – S/2 (Radio reducido) Ri : R – C/2 – S/2 (R. B. interior) Re : R + C/2 + S/2 (R. B. exterior) AB :Variación del peralte (Ab) ̂ : Curva de transición con radio desde el valor 00 hasta el valor R (A_1 B_1 ) ̂ : Curva de transición con radio desde el valor 00 hasta el valor Ri (A_0 B_0 ) ̂ : Curva de transición con radio desde el valor 00 hasta el valor Ro

ISLAS Se definen así a los bordes de canalización de tráfico, formados y delimitados por sardineles, que sirven para guiar el movimiento de los vehículos o de refugio para los peatones. Las islas pueden también ser creadas mediante la colocación de barreras para proteger al peatón.

IMAGEN: Detalles y especificaciones del Diseño geométrico de carreteras del INVIAS 1998 – Marcos Vela T.

Islas Direccionales Son usadas para controlar y dirigir movimientos de tráfico en áreas pavimentadas, reemplazando a las áreas menos utilizadas, para reducir la dispersión vehicular.

I

La más común de las formas de islas es la triangular, que separan los movimientos que giran a la derecha del resto del tráfico. Las islas centrales pueden servir como guías.

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Las puntas o vértices siempre serán romos o curvos, con líneas rectas y curvas paralelas a las líneas de movimiento. Las islas separan al tráfico que gira del que continúa en línea recta. El número excesivo de islas, se puede originar confusión, en cambio si se cuenta con pocas islas suficientemente grandes se otorgará mayor funcionalidad.

En intersecciones con gran número de movimientos se aconseja colocar temporalmente islas movibles (hitos) de varios tamaños y formas, en calidad de prueba, para escoger finalmente la isla definitiva.

Islas Divisorias Las islas divisorias son aplicables en avenidas de tráfico en doble sentido y cercanas a intersecciones, éstas hacen posibles movimientos de giro en áreas pequeñas, a la vez otorgan ventajas en la construcción de carriles de espera  Tienen forma de lágrima

 Se usan principalmente en cercanías de las intersecciones,

las

 Sirven asimismo para separar sentidos de circulación igual u opuesta.  Deben tener una longitud mínima de 30 m y de preferencia 100 m o más.

 Se emplea con frecuencia carreteras sin división central.

en

Islas de Refugio

Las islas de refugio o islas peatonales, se sitúan en la cercanía de sectores de mayor flujo peatonal, otorgan protección, su aplicación se realiza en avenidas amplias con mucho movimiento y con velocidades elevada.

Usadas como:  paradero de ómnibus,  normalmente existen túneles  pasarelas que conectan las islas con las veredas, IMAGEN: Detalles y especificaciones del Diseño geométrico de carreteras del INVIAS 1998 – Marcos Vela T.

ALINEAMIENTO VERTICAL Es la proyección del eje de la vía sobre un plano vertical y esta constituido por rectas y curvas verticales.

Imagen: Curvas rectas y verticales Fuente: Proyectos vial (2015

ELEMENTOS DE DISEÑO PENDIENTE MÍNIMA Las pendientes mínimas dependen de las facilidades del drenaje superficial de la calzada. Es conveniente proveer una pendiente mínima del orden de 0.5%, a fin de asegurar en todo punto de la calzada un drenaje de las aguas superficiales. Se pueden presentar los siguientes casos particulares:

Imagen: Pendiente Fuente: Proyectos vial (2015

ELEMENTOS DE DISEÑO PENDIENTE MÁXIMA Se pueden presentar los siguientes casos particulares: En zonas de altitud superior a los 3.000 msnm, los valores máximos de la Tabla, se reducirán en 1% para terrenos accidentados o escarpados. En autopistas, las pendientes de bajada podrán superar hasta en un 2% los máximos establecidos en la tabla.

ELEMENTOS DE DISEÑO PENDIENTE MÁXIMA

Imagen: Pendiente Máxima Fuente: DG-2018

CURVAS VERTICALES PENDIENTE MÁXIMA

Imagen: Pendiente Máxima Fuente: DG-2018

CURVAS VERTICALES La forma de unir dos tramos en tangente con pendientes diferentes es a través de curvas verticales, estas curvas son del tipo parabólica y se adoptan así por la suavidad de transición en el cambio de pendientes y su facilidad de cálculo.

Imagen: Curva Vertical Fuente: DG-2018

TIPOS DE CURVAS VERTICALES Las curvas verticales se pueden clasificar por:

FORMA • Curva Vertical Convexas • Curva Vertical Cóncava

PROPORCIÓN • Curva Vertical Simétricas • Curva Vertical Asimétricas

CURVAS VERTICALES CONXESAS Y CÓNCAVAS

Imagen: Curva Vertical Fuente: DG-2018

CURVAS VERTICALES SIMÉTRICAS Y ASIMÉTRICAS

Imagen: Curva Vertical Fuente: DG-2018

CURVAS VERTICALES SIMÉTRICAS Está conformada por dos parábolas de igual longitud, que se unen en la proyección vertical del PIV. La curva vertical recomendada es la parábola cuadrática, cuyos elementos principales y expresiones matemáticas se incluyen a continuación, tal como se aprecia en la Figura.

Imagen: Curva Vertical Fuente: DG-2018

CURVAS VERTICALES ASIMÉTRICAS La curva vertical asimétrica es aquella donde las proyecciones de las dos tangentes de la curva son de diferente longitud. En otras palabras es la curva vertical donde la proyección horizontal de la distancia PCV a PIV es diferente a la proyección horizontal de la distancia PIV a PTV.

Imagen: Curva Vertical Fuente: DG-2018

c)Vagón

d)Rueda

Refiere al vehículo que es arrastrado por las locomotoras. Es dentro de el que viajan las personas o que se suelen colocar las cargas. Pueden ser:Vagones para pasajeros y Vagones de carga

Son las piezas que permiten el desplazamiento del tren por el riel. Estas son elaboradas en base a acero, donde llegan a resistir las grandes cargas que llevan los vagones, y a la vez es muy resistente al sol, al óxido y a la lluvia. Imagen: Rueda en funcionamiento Fuente: Revista Partesdel, equipo de redacción profesional. (2017, 05). Partes del tren.Marzo-2018