resumen caminos, Resúmenes de Historia
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Parte III

1

PARTE III: DISEÑO GEOMÉTRICO.

TEMA 1: PARÁMETROS BÁSICOS DEL TRAZADO.

1 PARÁMETROS BÁSICOS DEL TRAZADO.

1.1. Objetivos del diseño del trazado de una carretera:

Trazado: Definición de sus características físicas geométricas

1. Alineaciones: horizontal (2D), vertical (2D), conjunta (3D)

2. Sección transversal: anchos de carriles, pendientes, peraltes

3. Enlaces

4. Seguridad: distancias de visibilidad.

Integración medioambiental: afección al entorno, afección por el entorno

1.2. Factores condicionantes del diseño del trazado de una carretera:

a) Factores endógenos al proyecto de carretera

a. Geomorfológicos:

i. orografía y topografía del terreno.

ii. características y tipología del terreno.

iii. niveles freáticos, proximidades de aguas embalsadas o corrientes.

b. Económicos:

i. técnicas constructivas a emplear.

ii. volúmenes de tierra a desplazar: desmontes y vertidos.

iii. materiales disponibles.

c. Demanda:

i. distribución y volumen de usuarios: tráfico.

ii. tipología de vehículos.

iii. velocidades a alcanzar.

b) Factores exógenos a la carretera:

a. Climatológicos:

i. temperatura, humedad, viento, precipitaciones de lluvia y nieve presencia de hielo,

arena y otros elementos pulverulentos.

ii. Luminosidad.

b. Medioambientales inducidos:

i. afecciones que puede generar la actividad humana: asentamientos asociados al sector

primario, secundario y terciario, como son la proximidad de industrias y explotaciones;

asentamientos urbanos, artísticos, históricos u arqueológicos, aspectos geo

socioeconómicos.

c. Medioambientales existentes:

i. entorno natural faunístico, vegetal.

ii. entorno paisajístico.

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1.3. Cualidades del diseño del trazado de una carretera:

1. Funcionalidad: El diseño y organización de la carretera debe proporcionar utilidad a la sociedad,

facilidad y comodidad de uso: velocidad, accesibilidad, movilidad.

2. Integración en el entorno actual: El proyecto de la carretera debe minimizar los impactos negativos

sociales y ambientales.

3. Integración en el entorno futuro: El proyecto de la carretera debe minimizar los futuros impactos

negativos sociales, ambientales y de usos del suelo que puedan preverse.

4. Seguridad: La carretera deberá ser segura para todos los usuarios. Su diseño deberá ser tal que el

usuario encuentre comodidad en su utilización, por lo que las características físicas y geométricas

deberán ser homogéneas.

5. Economía: Economía en la ejecución del proyecto, explotación y mantenimiento.

Como resultado deberá ser un proyecto equilibrado y útil para la sociedad.

1.4. Componentes del trazado.

a. Alineación en planta, vista en planta:

i. Definida por el eje en planta. Está formada por la combinación de líneas rectas y curvas:

1. Curvatura constante: arcos de circunferencias, curvas de enlace.

2. Curvatura variable: Curvas de transición.

b. Alineación en alzado, perfil longitudinal:

i. Formada por líneas rectas y curvas verticales, arcos parabólicos.

1.5. Clasificación de las carreteras:

a. En función de la orografía:

b. En función de la clase y velocidad de proyecto:

1.6. Conceptos básicos de diseño:

a. Rectas horizontales:

i. Las rectas muy largas, menoscaban la atención de los conductores en periodo diurno, y dan

lugar a deslumbramiento por vehículos circulando en sentido opuesto diseñar cambios de

alineación horizontal, proyectando ondulaciones periódicas.

ii. En tramos de doble sentido se dispondrá del mayor número de tramos rectos, de suficiente

longitud cada uno de ellos, para permitir el adelantamiento (rectas de adelantamiento).

iii. Las rectas de adelantamiento no deben iniciarse/finalizarse con curvas de pequeño radio que

den lugar a velocidades de proyecto dispares.

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b. Curvas horizontales:

i. En terrenos abruptos, las alineaciones horizontales deberán ser de baja curvatura, en particular

en aquellos tramos sobre terraplenes con peligro de salida del trazado.

ii. Las curvas de un mismo trayecto homogéneo de carretera, deben ser tales que sus estadísticos

medios se encuentren en el mismo rango. Se evitarán curvas con radios apreciablemente

menores que la media, que pudiesen sorprender durante la conducción.

iii. El diseño de una curva de radio apreciablemente menor, que el resto de las curvas de un mismo

tramo, exige una señalización que obligue a la disminución de velocidad de forma progresiva

hasta adaptarla a la velocidad de proyecto de la curva.

iv. En un tramo con un mismo valor de la velocidad de proyecto se evitarán el diseño de curvas en

las que la disminución de la velocidad sea superior a 15 km/h.

v. La velocidad de proyecto de un tramo la define el radio de la curva de mayor curvatura (menor

radio).

vi. Las curvas que enlacen dos tramos, cada uno de ellos con diferentes velocidades de proyecto,

deberán diseñarse para que puedan recorrerse a velocidades que vayan decreciendo a un

máximo de 5 km/h por curva.

vii. Se evitará el diseño de tramos con curvas consecutivas de diferentes radios. En aras de la

seguridad esta serie de curvas se sustituirán por el diseño de una única curva de radio único con

curvas de transición en sus extremos, o bien por una única curva de transición.

viii. Se evitará la concatenación directa de curvas constantes con curvaturas de distinto signo,

denominadas curva revertida o curva en S. Éstas solo se diseñarán en terrenos abruptos por las

necesidades topográficas insalvables. En otras situaciones se dispondrán de curvas de transición

que unan ambas curvas constantes, permitiendo una variación uniforme de la curvatura.

c. Tramos mixtos:

i. Los tramos curvos y rectos se alternarán evitando los tramos rectos de escasa longitud entre

curvas (de curvatura) del mismo signo. En su lugar es más aconsejable la sustitución curva-recta-

curva por una única curva envolvente.

d. Cualquier tramo.

i. Todo tramo, sea recto o curvo, debe ofrecer la suficiente visibilidad al conductor para en caso

de peligro poder disponer de la adecuada distancia de frenada y evitar la colisión, teniendo en

cuenta que los vehículos en peligro avanzan uno hacia el otro a la velocidad de proyecto. Esta

distancia se denomina distancia de visibilidad de frenado.

e. Localización de puentes y viaductos.

i. Evitar la ubicación de estas infraestructuras en las proximidades de tramos curvos. En caso

obligado, la transición del peralte de la curva no debe extenderse al puente/viaducto.

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1.7. Parámetros básicos de diseño:

a. 1.7 Velocidad:

Velocidad específica de un elemento de trazado (velocidad de diseño) Ve: Máxima velocidad que puede

mantenerse a lo largo de un elemento de trazado considerado aisladamente, en condiciones de seguridad y

comodidad, cuando encontrándose el pavimento húmedo y los neumáticos en buen estado, las condiciones

meteorológicas, del tráfico y legales son tales que no imponen limitaciones a la velocidad.

Velocidad de proyecto de un tramo Vp:

Velocidad que permite definir las características geométricas mínimas de los elementos del trazado, en

condiciones de comodidad y seguridad. La velocidad de proyecto de un tramo se identifica con la velocidad

específica mínima del conjunto de elementos que lo forman:

Velocidad de planeamiento de un tramo VP: Media armónica de las velocidades específicas de los elementos

de trazado en planta de tramos homogéneos de longitud superior a dos kilómetros (2 km), dada por la expresión:

Velocidad media de circulación (v. media de operación) �̅� : La velocidad media que alcanzan los vehículos

ligeros en un elemento, de longitud definida. Percentil �̅� 80 o �̅� 85, velocidad superada por solo el 20% o 15%

de la muestra de vehículos, respectivamente.

�̅�85 para la velocidad de proyecto Ve relacionado con la comodidad de los usuarios.

�̅�90 es necesario imponer un nivel de seguridad muy alto.

Relación Velocidad media de circulación – Velocidad de proyecto: Las velocidades de proyecto a definir son

equivalentes a la velocidad media de circulación que se prevé alcancen los usuarios de la carretera, identificada

por estos percentiles.

Homogeneidad: Cualidad por la cual las velocidades de los distintos elementos de un trazado tienen valores

próximos. Se basa en:

o Consistencia en las características geométricas para el mismo tipo de elemento (i.e. recta, curva, rampa,

pendiente) de un tramo, que permita confinar las distintas velocidades específicas dentro de un mismo rango

acordado.

o Consistencia en las características orográficas para un mismo tipo de tramo (i.e. llano, ondulado, accidentado,

muy accidentado) de un trazado, que permita confinar las velocidades de proyecto de los distintos tramos

dentro de un mismo rango acordado.

o Continuidad en los valores de la velocidad de planeamiento de los tramos que conforman un trayecto. Esto

exige que tramos contiguos no presenten grandes diferencias en los valores de sus velocidades.

o Reconocimiento de la consistencia y continuidad de las características geométricas de los elementos y tramos

de un trayecto por parte de los usuarios de la carretera. Esto permitirá estimar y prever las velocidades máximas

a las que se debe circular sin superar a las específicas y de proyecto.

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Definición de consistencia: Cualidad por la cual la percepción por parte del usuario coincide con sus

expectativas.

Criterios de consistencia. Criterio I: Diferencia entre la velocidad de operación y velocidad de proyecto:

Criterio II: Diferencia entre las velocidades de operación de dos tramos consecutivos:

Criterio III: Modelos lineales basados en parámetros estadísticos:

Recomendaciones criterios de consistencia:

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b. 1.8 Visibilidad.

Tipos de visibilidad:

1) Visibilidad disponible: distancia del conductor hasta el objeto o elemento más distante sin que la visual

se interrumpa por un elemento del entorno. Es función de la geometría de la carretera. Está relacionada

con los parámetros geométricos de la vía.

2) Visibilidad necesaria: distancia mínima entre el conductor y los elementos involucrados en la carretera

para que éste pueda efectuar las maniobras en condiciones de seguridad y comodidad. También ligada

a los parámetros geométricos de la vía.

Condición necesaria de visibilidad: Visibilidad disponible Visibilidad necesaria.

Magnitud de la visibilidad: Se mide como el tiempo necesario (s) para recorrer la distancia de visibilidad

a la velocidad específica (�̅�85) del elemento del trazado. (Valores razonables entre 4 y 12s).

a. Visibilidad de parada o frenado: “la distancia a lo largo de un carril que existe entre un

obstáculo situado sobre la calzada y la posición de un vehículo que circula hacia dicho obstáculo,

en ausencia de vehículos intermedios, en el momento en que puede divisarlo sin que luego

desaparezca de su vista hasta llegar al mismo”. Se cuantifica a través de la distancia de parada:

Esta distancia se mide a lo largo de una línea, paralela al eje de la calzada, distante 1.50 m del

borde derecho de cada carril, por el interior del mismo en el sentido de la marcha.

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b. Visibilidad de cruce: “la distancia que

precisa ver el conductor de un vehículo

para poder cruzar otra vía que

intersecta su trayectoria, medida a lo

largo del eje de su carril”, considerando

que el punto de vista del conductor está

situado a 1.10 m sobre el plano de la

calzada preferente.

Se cuantifica a través de la distancia de

cruce: “la longitud recorrida por un

vehículo sobre una vía preferente,

durante el tiempo que otro emplea en

atravesar dicha vía”.

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c. Visibilidad de adelantamiento: “la distancia que existe a lo largo del carril por el que se realiza

el adelantamiento entre el vehículo que efectúa la maniobra de adelantamiento y la posición

del vehículo que circula en sentido opuesto, en el momento en que puede divisarlo, sin que

luego desaparezca de su vista hasta finalizar el adelantamiento”. Se cuantifica a través de la

distancia de adelantamiento: compuesta de: Distancia de adelantamiento.

i. D1: distancia recorrida durante el tiempo de reacción y el tiempo de aceleración inicial

del vehículo que adelanta hasta la invasión del carril contrario.

ii. D2: distancia recorrida por el vehículo que adelanta mientras ocupa el carril contrario.

iii. D3: distancia entre el vehículo que ha realizado la maniobra de adelantamiento y el

vehículo que circula por el carril opuesto.

iv. D4: distancia recorrida por el vehículo que circula por el carril opuesto en 2/3 partes del

tiempo invertido por el vehículo que ha adelantado durante su permanencia en el carril

contrario.

c. 1.9 Estabilidad del vehículo.

Estabilidad en curvas:

a. Deslizamiento.

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Esta expresión rige la relación entre la velocidad de

proyecto V= Vp de una curva y el diseño de su radio R.

Una expresión algo más conservadora se obtiene

despreciando el coeficiente de fricción en el

denominador:

El coeficiente de fricción lateral depende de la velocidad del vehículo, textura del pavimento y condición del

neumático. Existen tablas que relacionan velocidad específica con radio y peralte para autopistas, autovías, vías

rápidas y carreteras C-100 así como una regulación española que relaciona radio y peralte en curvas.

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Este comportamiento (caso 3) se presenta cuando la velocidad del vehículo es muy baja:

Proporciona el peralte máximo en curvas en zonas de bajo coeficiente de

rozamiento transversal en determinadas estaciones debido al hielo.

Consideraciones sobre el peralte:

Aunque el peralte es ventajoso para el buen funcionamiento del tráfico, en ciertos casos resulta impráctico, en

particular en vías urbanas de baja velocidad, debido a:

1. frecuencia de cruces de calles, salidas y entradas.

2. dificultad/imposibilidad de adecuar el nivel peraltado con las superficies colindantes.

Esto hace que la fuerza centrífuga solo pueda ser compensada por la fricción transversal del neumático-

pavimento.

b. Vuelco.

Se produce inestabilidad al vuelco cuando una de las ruedas pierde contacto con el pavimento (Nd=0):

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Comparativa Vuelco-Deslizamiento.

Condición límite para que no se produzca:

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TEMA 2: ELEMENTOS DEL TRAZADO EN PLANTA.

1. DISEÑO DEL TRAZADO DE UNA CARRETERA.

Se trata de un problema 3D. El diseño y la construcción resultan difícil en 3D, por lo que “inicialmente” se

simplifica el problema dividiéndolo en tres problemas 2D:

a. Trazado horizontal o en planta.

b. Trazado vertical o en perfil.

c. Sección transversal.

2. DEFINICIÓN DEL TRAZADO HORIZONTAL.

Proyección del eje que define la carretera sobre una superficie paralela a la superficie terrestre.

Eje en planta:

a. En carreteras de calzadas separadas:

i. El centro de la mediada, si está fuera de anchura constante o con variación de anchura

aproximadamente simétrica.

ii. El borde interior de la calzada a proyectar en el caso de duplicaciones.

iii. El borde interior de cada calzada en cualquier otro caso.

b. En carreteras de calzada única.

i. El centro de la calzada, sin tener en cuenta eventuales carriles adicionales.

3. ELEMENTOS DEL TRAZADO HORIZONTAL.

3.1. Recta: Los parámetros que la definen son la orientación y la longitud. Orientación: Condicionada por diversos factores externos tales como geomorfológicos y entorno. Se

identifica por el rumbo, definido por el ángulo o azimut que su alineación forma con la referencia Norte:

Los rumbos de dos alineaciones se relacionan a través del ángulo de giro α: Diferencia de los azimuts

de ambas. Ángulos de las alineaciones: β = π – α.

Los ángulos se expresan en grados centesimales “gonios” (sistema no anglosajón, 2�� ������ = 400 ��) o

sexagesimales (sistema anglosajón, 2�� ������ = 360��), son positivos/negativos en el sentido horario/anti

horario.

Longitud: condicionada por diversos factores externos tales como geomorfológicos, entorno y facilidad

de adelantamientos.

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Rangos de longitudes permitidas:

3.2. Curvas: Los parámetros que las definen son el radio (o la curvatura) y la longitud. Curvatura (ρ = 1/R): inverso del radio del círculo osculador a la trayectoria en el punto considerado.

Atendiendo a la curvatura se distinguen cuatro tipos de curvas.

1. Curva circular simple: de radio o curvatura constante. Son arcos de circunferencia, con orientación,

según el criterio de su recorrido, a derecha (curva simple a la derecha) o a izquierda (curva simple

a izquierda).

2. Curva circular compuesta, concatenación de dos curvas circulares de radio o curvatura distintas,

del mismo signo.

3. Curva circular revertida, concatenación de dos curvas circulares de radio o curvatura distintas, de

distinto signo.

4. Curva de acuerdo, o de transición. Curva de radio variable.

3.2.1. Elementos de la curva circular simple:

a. Tangente de entrada TE

b. Tangente de salida TS

c. Punto de intersección V

d. Ángulo de giro o deflexión : Ф

e. Ángulo de intersección δ

f. Tangente: TEV = VTS

g. Desarrollo de la curva L: TE-C-TS

h. Cuerda larga: TE-TS

i. Bisectriz: B=VC=VO-CO

j. Flecha: f

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Caracterización de la curva:

I. Radio : R

II. Grado de la curva G: En radianes, en grados sexagesimales (G°), en grados centesimales (����): ángulo de

la curva que subtiende una cuerda o un arco de una determinada longitud: 100 pies (sistema

anglosajón), 20 m (sistema métrico).

i. Grado en función de la cuerda:

ii. Grado en función del arco:

FORMAS DE REPLANTEO DE UNA CURVA CIRCULAR SIMPLE:

1) Ordenadas a la tangente

2) Ordenadas a la cuerda.

3) Tangentes sucesivas

4) Cuerdas sucesivas

5) Coordenadas polares

6) Intersecciones

7) Punto fijo definido

1) ORDENADAS A LA TANGENTE:

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Medidas sobre las tangentes:

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3.- Determinación de los puntos de la curva:

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2) REPLANTEO POR ORDENADAS A LA CUERDA.

3) REPLANTEO POR TANGENTES SUCESIVAS.

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4) REPLANTEO POR CUERDAS SUCESIVAS

5) REPLANTEO POR COORDENADAS POLARES:

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6) REPLANTEO POR INTERSECCIONES:

7) REPLANTEO CON PUNTO FIJO DEFINIDO

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3.2.2. Elementos de la curva circular compuesta:

Se caracteriza por los elementos de las curvas simples que la forman, y el punto de tangente compuesta CC.

Pueden estar formadas por dos o más arcos de circunferencia de distinta curvatura (arcos compuestos).

a. Curva compuesta de dos dos arcos:

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b. Curva compuesa de tres arcos:

c. Curva compuesta de dos arcos y tangente intermedia corta:

Si la recta intermedia se recorre en menos de 10 s (atendiendo la velocidad de proyecto del tramo), deberá

sustituirse por una tercera curva, de tal manera que el tramo quedará constituido por una curva compuesta de

tres arcos. En este caso, el objetivo perseguido es obtener el radio de la curva central, caracterizado por la flecha

a la tangente intermedia.

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d. Curva compuesta revertida “S”

Son utilizadas en relieves muy accidentados. Son absolutamente NO recomendables. Para vías de velocidades

medias-altas el punto de tangencia CR debe desarrollarse en una recta tangente a ambas curvas, que permita la

transición entre peraltes de las curvas que conecta.

3.2.3. Recomendaciones: a) En relación al desarrollo angular de la curva:

i. Sobre el desarrollo de la curva: “el desarrollo mínimo de la curva se corresponderá con una

variación de acimut entre sus extremos mayor o igual que veinte gonios (20 gon), pudiendo

aceptarse valores entre veinte gonios (20 gon) y nueve gonios (9 gon) y sólo excepcionalmente

valores inferiores a nueve gonios (9 gon)” (Ministerio de Fomento, 2008).

ii. Deflexiones hasta 30g – 40g resultan cómodas en alineaciones sinuosas.

iii. Ángulos superiores a 30g – 40g no son recomendables, salvo en terrenos con orografía muy

accidentada.

iv. “En el caso de valores excepcionales de ángulos de giro entre rectas (Ω) inferiores a seis gonios

(6 gon), para mejorar la percepción visual, se realizará la unión de las mismas mediante una

curva circular, sin clotoides, de longitud y radio tal que se cumpla:

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b) En relación al desarrollo longitudinal de la curva:

i. Para todo tipo de carretera, cuando se unan curvas circulares consecutivas sin recta intermedia,

o con recta de longitud menor o igual que cuatrocientos metros (400 m), la relación de radios

de las curvas circulares (figuras 4.2 y 4.3 (en el tema, viene a decir que las curvas son simétricas)

no sobrepasará los valores obtenidos a partir de las expresiones de la tabla 4.6. La tabulación

correspondiente a dichas figuras se incluye en las tablas 4.7 y 4.8.” (M.F. 2008).

ii. “En autopistas, autovías y carreteras C-100, cuando se enlacen curvas circulares consecutivas

con una recta intermedia de longitud superior a cuatrocientos metros (400m), el radio de la

curva circular de salida, en el sentido de la marcha, será igual o mayor que setecientos metros

(700 m)”. (M.F. 2008)

iii. “En las carreteras C-80, C-60 y C-40 cuando se enlacen curvas circulares consecutivas con una

recta intermedia de longitud superior a cuatrocientos metros (400 m), el radio de la curva

circular de salida, en el sentido de la marcha, será igual o mayor que tresciento metros (300 m)”.

) (M.F. 2008)

iv. “Desarrollo mínimo de las curvas (para ángulos de giro entre rectas superiores a 6g): la suma de

longitudes de las curvas implicadas (transición y circulares) serán superiores a los indicados en

la Tabla 4.10.

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