Alineamiento Horizontal de la Carretera

A) Controles del trazado en planta

En tramos restrictivos del trazado se deberá asegurar una operación segura y confortable considerando la Velocidad de Proyecto (Vp) correspondiente a la categoría de la ruta; en tanto que en los tramos de trazado amplio se deberá considerar la V85% ó la V* según corresponda, asociada al conjunto de los elementos del tramo, en previsión de las velocidades de desplazamiento que adoptará un porcentaje importante de los usuarios en los períodos de baja demanda. Si por condiciones topográficas se debe cambiar la velocidad de proyecto, el diseño debe consultar el tramo de transición correspondiente, situación que se señalizará adecuadamente en terreno.

Los límites normativos que se indican más adelante se aplican a la combinación de elementos rectos y curvos de caminos bidireccionales y unidireccionales, excepto cuando se haga la salvedad correspondiente.

Las principales consideraciones que controlan el diseño del alineamiento horizontal son:

Ø Categoría de la Ruta.

Ø Topografía del Área.

Ø Velocidad de Proyecto.

Ø Coordinación con el Alineamiento Vertical.

Ø Costo de Construcción, Operación y Mantención.

Todos estos elementos deben conjugarse de manera tal que el trazado resultante sea el más seguro y económico, en armonía con los contornos naturales y al mismo tiempo adecuado a la categoría, según la Clasificación Funcional para Diseño.

B) Localización del eje en planta.

Si el proyecto considera calzada única, en la mayoría de los casos el eje en planta será el eje de simetría de la calzada de sección normal, prescindiendo de los posibles ensanches o carriles auxiliares que puedan existir en ciertos sectores.

C) Criterios para establecer el trazado en planta.
· Elementos del trazado en planta.

La planta de una carretera preferentemente deberá componerse de una sucesión de elementos curvos que cumplan las relaciones que se fijan más adelante y de aquellos tramos en recta que sean indispensables.

Los elementos curvos comprenden:

Ø Curvas Circulares.

Ø La parte central circular y dos arcos de enlace.

Ø Otras combinaciones de arco circular y arco de enlace.

· El problema de la visibilidad.

La obtención de visibilidad de adelantamiento para caminos bidireccionales exige tramos rectos o de curvatura muy suave, que permiten adelantar en el mayor porcentaje posible de su longitud. Las curvas del orden del mínimo admisible disminuyen la confianza del conductor para adelantar, aunque ofrezcan visibilidad adecuada.

· Elementos de curvatura variable.

La utilización de elementos de curvatura variable entre recta y curva circular, o bien como elemento de trazado propiamente tal, se hace necesaria por razones de seguridad, comodidad y estética. Como elemento de curvatura variable con el desarrollo se utilizará la curva de transición.

D) Alineamiento recto.

· Longitudes máximas en recta.

Se procurará evitarán longitudes en recta superiores a:

Lr = 20 * Vp

Lr = Largo en m de la Alineación Recta [m].

Vp = Velocidad de Proyecto de la Carretera [Km/h].

· Longitudes mínimas en recta.

Se debe distinguir las situaciones asociadas a curvas sucesivas en distinto sentido o curvas en “S” de aquellas correspondientes a curvas en el mismo sentido.

· Curvas en “S”:

- En nuevos trazados deberá existir coincidencia entre el término de la curva de transición de la primera curva y el inicio de la curva de transición de la segunda curva.

- En las recuperaciones o cambios de estándar, se podrán aceptar tramos rectos intermedios de una longitud no mayor que:

Lrs máx. = 0,08 * (A1+ A2)

Siendo A1 y A2 los parámetros de las curvas de transición respectivas.

- Tramos rectos intermedios de mayor longitud, los que responden a una mejor definición óptica del conjunto que ya no opera como una curva en S propiamente tal, y están dados por

Lr mín. = 1,4 * Vp.

Tramo recto entre curvas en el mismo sentido:

Por condiciones de guiado óptico es necesario evitar las rectas excesivamente cortas entre curvas en el mismo sentido, en especial en Terreno Llano y Ondulado Suave con velocidades de proyecto medias y altas.

La siguiente tabla entrega los valores deseables y mínimos según tipo de terreno y velocidad de proyecto:

Tramos rectos mínimos entre curvas del mismo sentido.

Vp (Km/h)

30

40

50

60

70

80

90

100

Terreno Llano y Ondulado

-

110/55

140/70

170/85

195/98

220/110

250/125

280/150

Terreno Montañoso

25

55/30

70/40

85/50

98/65

110/90

Para longitudes de la recta intermedia menores o iguales que los mínimos deseables, se mantendrá en la recta un peralte mínimo igual al bombeo que le corresponde a la carretera o camino.

El empleo de valores bajo los deseables sólo se aceptará si no es posible reemplazar las dos curvas por una sola de radio mayor, o bien, enlazar ambas curvas mediante una curva de transición.

E) Curvas circulares.

· Elementos de la curva circular

En la figura se ilustran los diversos elementos asociados a una curva circular. La simbología normalizada que se define a continuación deberá ser respetada por el proyectista.

Las medidas angulares se expresan en grados centesimales (g).

Vn: Vértice; punto de intersección de dos alineaciones consecutivas del trazado.

α: Angulo entre dos alineaciones, medido a partir de la alineación de entrada, en el sentido de los punteros del reloj, hasta la alineación de salida.

ω: Angulo de Deflexión entre ambas alineaciones, que se repite como ángulo del centro subtendido por el arco circular.

R: Radio de Curvatura del arco de círculo (m)

T: Tangentes, distancias iguales entre el vértice y los puntos de tangencia del arco de círculo con las alineaciones de entrada y salida (m). Determinan el principio de curva PC y fin de curva FC.

S: Bisectriz; distancia desde el vértice al punto medio, MC, del arco de círculo (m)

D: Desarrollo; longitud del arco de círculo entre los puntos de tangencia PC y FC (m).

e: Peralte; valor máximo de la inclinación transversal de la calzada, asociado al diseño de la curva (%)

E: Ensanche; sobreancho que pueden requerir las curvas para compensar el mayor ancho ocupado por un vehículo al describir una curva.

Figura Elementos de la curva circular

image

Valores máximos para el peralte y la fricción transversal.

e máx.

f

Caminos

Vp 30 a 80 Km/ h

7%

0.265 – V/602.4

Carreteras

Vp 80 a 120 Km/h

8%

0.193 – V/1134

· Radios mínimos absolutos.

Los radios mínimos para cada velocidad de proyecto, calculados bajo el criterio de seguridad ante el deslizamiento, están dados por la expresión:

image

Rmín: Radio Mínimo Absoluto (m)

Vp: Velocidad Proyecto (km/h)

emáx: Peralte Máximo correspondiente a la Carretera o el Camino (m/m)

f: Coeficiente de fricción transversal máximo correspondiente a Vp.

F) Curvas de enlace o transición

La incorporación de elementos de curvatura variable con el desarrollo, entre recta y curva circular o entre dos curvas circulares, se hace necesaria en carreteras y caminos por razones de seguridad, comodidad y estética.

El uso de estos elementos permite que un vehículo circulando a la Velocidad Específica correspondiente a la curva circular, se mantenga en el centro de su carril. Esto no ocurre, por lo general, al enlazar directamente una recta con una curva circular, ya que en tales casos el conductor adopta instintivamente una trayectoria de curvatura variable que lo aparta del centro de su carril e incluso lo puede hacer invadir la adyacente, con el peligro que ello implica.

Como elemento de curvatura variable en arcos de enlace, o como elemento de trazado propiamente tal, se empleará la clotoide, que presenta las siguientes ventajas:

-El crecimiento lineal de su curvatura permite una marcha uniforme y cómoda para el usuario, quien sólo requiere ejercer una presión creciente sobre el volante, manteniendo inalterada la velocidad, sin abandonar el eje de su carril.

-La aceleración transversal no compensada, propia de una trayectoria en curva, puede controlarse limitando su incremento a una magnitud que no produzca molestia a los ocupantes del vehículo. Al mismo tiempo, aparece en forma progresiva, sin los inconvenientes de los cambios bruscos.

-El desarrollo del peralte se logra en forma también progresiva, consiguiendo que la pendiente transversal de la calzada aumente en la medida que aumenta la curvatura.

-La flexibilidad de la clotoide permite acomodarse al terreno sin romper la continuidad, lo que permite mejorar la armonía y apariencia de la carretera.

-Las múltiples combinaciones de desarrollo versus curvatura facilitan la adaptación del trazado a las características del terreno, lo que en oportunidades permite disminuir el movimiento de tierras logrando trazados más económicos.

· Ecuación paramétrica.

La clotoide es una curva de la familia de las espirales, cuya ecuación paramétrica está dada por:

A² = R * L

A = Parámetro que define la longitud de la clotoide (m).

R = Radio de curvatura en un punto (m).

L = Desarrollo (m) desde el origen al punto de radio R.

· Elección del parámetro “A” de las clotoides.

Existen al menos cuatro criterios que determinan la elección del parámetro de una clotoide usada como curva de transición, ellos son:

Primer criterio:

Por condición de guiado óptico, es decir para tener una clara percepción del elemento de enlace y de la curva circular, el parámetro debe estar comprendido entre:

image

Segundo criterio:

Como condición adicional de guiado óptico es conveniente que si el radio enlazado posee un R ≥ 1,2 Rmín el Retranqueo de la Curva Circular enlazada (ΔR) sea ≥ 0,5 m, condición que está dada por:

image

Tercer criterio:

La longitud de la clotoide sea suficiente para desarrollar el peralte, situación que en general está cubierta por los parámetros mínimos que se señalan más adelante.

Condición que se cumple si:

image

n = número de carriles entre el eje de giro y el borde del pavimento peraltado.

a = ancho de cada carril, sin considerar ensanches.

e = Peralte de la curva.

R = Radio de la curva.

Δ = Pendiente relativa del borde peraltado respecto del eje de giro.

Cuarto criterio:

La longitud de la clotoide sea suficiente para que el incremento de la aceleración transversal no compensada por el peralte, pueda distribuirse a una tasa uniforme J (m/s³). Este criterio dice relación con la comodidad del usuario al describir la curva de enlace, y para velocidades menores o iguales que la Velocidad Específica de la curva circular enlazada, induce una conducción por el centro del carril de circulación.

La expresión correspondiente, es:

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Ve = Velocidad Específica (km/h) – con máximos de 110 km/h en Caminos y 130 km/h en Carreteras.

R = Radio de la Curva Circular Enlazada (m).

J = Tasa de Distribución de la Aceleración Transversal (m/s³).

e = Peralte de la Curva Circular (%).

Los valores de J en función de Vp se dan en la siguiente tabla:

Tasa normal de distribución de la aceleración transversal.

Vp (Km/h)

V < 80

V ≥ 80

J Normal (m/s³)

0.5

0.4

G) Peralte

Cuando existe arco de enlace, el desarrollo del peralte puede darse de forma tal que el valor alcanzado sea exactamente el requerido por el radio de curvatura en el punto considerado, obteniéndose el valor máximo de “e” justo en el principio de la curva circular retranqueada.

Cuando la calzada posee doble bombeo, o si el bombeo único es en sentido contrario al sentido de giro de la curva que se debe enlazar será necesario efectuar en la alineación recta, el giro del carril o de la calzada, hasta alcanzar la pendiente transversal nula en el inicio de la curva de enlace.

Por otra parte, valores elevados del peralte permiten la adopción de menores radios, aumentando la viabilidad de trazados condicionados por severas restricciones operativas o topográficas.

Desarrollo del peralte en curvas de enlace, calzadas bidireccionales.

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H) Sobreancho

En la siguiente tabla se indica la forma de calcular los sobreanchos, según las características del vehículo tipo.

Ensanche de calzada para camino con VP ≤ 60.

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