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CRITERIOS Y CONTROLES DE DISEÑO
II UNIDAD
El diseño vial se basa en varios estándares y controles que a su vez
dependen de:
• La clasificación funcional de la carretera que se está diseñando• El volumen esperado de tránsito y la composición vehicular
• La velocidad de diseño
• La topografía del área en la cual se va a ubicar la carretera
• El nivel de servicio que se va a suministrar
• El presupuesto disponible
• La seguridad
• Los factores sociales y ambientales
Factores que influyen en el diseño de una vía
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CRITERIOS Y CONTROLES DE DISEÑO
II UNIDAD
El vehículo de diseño.
Normas Venezolanas y la AASTHO
CRITERIOS Y CONTROLES DE DISEÑO
El Volumen esperado de
tránsito.
La velocidad de diseño.
El nivel de servicio que
se va a suministrar
• La selección del conjunto apropiado de los estándares de diseño geométrico es el primer paso del diseño de una carretera.
• En general, los factores que se usan mas frecuentemente, según AASHTO y normas venezolanas, se muestran a continuación:
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• Es el vehículo cuyos pesos, dimensiones y características de operación se usan para establecer los controles de diseño queacomoden vehículos del tipo del designado.
• Se define también como el vehículo de mayor tamaño que se espera use la vía con mayor frecuencia.
• Se usa para determinar caracteristicas de diseño tales como el radio de giro en las intersecciones y en las salidas y entradas en una vía.
• Las características del vehículo de diseño son aprovechadas paradeterminar criterios en el diseño geométrico, el diseño de lasintersecciones y los requerimientos de distancia de visibilidad.
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VEHÍCULO DE DISEÑO
II UNIDAD
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CRITERIOS Y CONTROLES DE DISEÑO
II UNIDAD
CARACTERĺSTICAS DEL VEHÍCULO DE DISEÑO
Peso
Vehículo de diseño
• Resistencia del aire• Resistencia al rodamiento• Resistencia a la curvatura• Requerimientos de potencia• Capacidad de frenado
Capacidad de aceleración
DimensionesEstáticas
Cinemáticas
Dinámicas
Radio de Giro
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VEHÍCULO DE DISEÑO
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II UNIDAD
Características Estáticas• El tamaño: es importante para la determinación del ancho de canal,
ancho de cuneta, longitud y ancho de las bahías de estacionamiento, longitud de las curvas verticales.
• El peso: es importante para determinar el peralte del pavimento y la pendiente máxima de la vía
• El radio de giro: se define como el radio del arco descrito por el saliente delantero contrario al lado del cual se gira.
• Cuatro clases generales han sido establecidas por la AASHTO: (1) Carrosde Pasajeros (P), (2) Buses (B), (3) Camiones o vehículos pesados, y (4) Vehículos recreacionales
• Las normas venezolanas solo contemplan tres tipos generales: (1) Livianos o pasajeros, (2) Pesados y (3) Buses
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II UNIDAD
Semi-Remolque (WB-15)
Camión (SU)
Vehículo de pasajeros (P)
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II UNIDAD
Distancia entre ejes
Saliente eje delanteroSaliente eje trasero Largo
Alto
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II UNIDAD
EL RADIO MĺNIMO DE GIRO
• Crítico en vías urbanas• Está afectado por las siguientes
dimensiones:– Radio Min. de giro de la línea
de centro en el eje delantero(RLC)
– Ancho del vehículo– Distancia entre ejes– Recorrido de la rueda interior
trasera• Se determinan para giros
realizados a bajas velocidades (< 15 KPH)
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II UNIDAD
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Trayectoria mínima para vehículos tipo P
II UNIDAD
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Trayectoria mínima para el vehículo tipo SU
II UNIDAD
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Trayectoria mínima para vehículos tipo WB-12
II UNIDAD
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Trayectoria mínima para vehículos tipo WB-15
II UNIDAD
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Trayectoria mínima para vehículos tipo WB-18
II UNIDAD
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Trayectoria mínima para vehículos tipo BUS
II UNIDAD
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II UNIDAD
Características Cinemáticas
• Capacidad de aceleración del vehículo: la tasa de aceleración y deceleración afecta el diseño de elementos tales como longitudes de las rampas, las longitudes de los tramos en pendiente (ascenso o descenso), longitud de los canales de aceleración y deceleración.
• La aceleración o deceleración no es constante, sin embargo en los modelos siempre se supone que es constante. Esto con el fin de simplificar los cálculos.
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II UNIDAD
Modelos de aceleración uniforme
constadtdv
==
∫∫ =tv
vadtdv
00
0vatv +=
avdxdv
=
∫∫ =xv
vadxvdv
00
avvx
2
20
2 −=
dtvatvdtdx )( 0+==
∫ ∫ +=x t
dtvatdx0 0 0 )(
tvatx 02
21
+=
Usada en diseño, la rata de aceleración es constante
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II UNIDAD
Características dinámicas
• Toman en cuenta las fuerzas que actúan sobre el vehículo cuando éste está en movimiento
• Se analizan tres situaciones:− Movimiento en tramo recto− Movimiento en tramo curvo− El proceso de frenado
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II UNIDAD
Pesoi
1
1. Resistencias al movimiento
Ft = 270P/v Ra = CAv2 Rr = Wfr Ri = Wi
Ecuación del movimiento: Ft - (Ra + Rr + Ri ) = Wa/g
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II UNIDAD
2. Movimiento en curva
βββ coscossin ns amWfW =+
ββββ coscos)(cossin2
WRv
gWWfW s =+
e== βββ tan
cossin
gRvfe s
2=+
an = v2/R
R = v2/127(fs + e) fs = 0,26 - 0,00133v
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II UNIDAD
αα sincos WWfag
W±=
avvx
2
220 −=
x
Db
αα cos2
cos22
0
avvxDb
−==
bDvva
2cos)( 22
0α
−=
ααααcossincos
2cos)(1 22
0 ±=−
f
Dvv
g b
αα
cossin
21)(1 22
0 ±=−
f
Dvv
g b
G== ααα tan
cossin
)(2
220
GfgvvDb ±
−=
3. Proceso de frenado
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VEHÍCULO DE DISEÑO
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II UNIDAD
Selección del Vehículo de diseño
• En el diseño de cualquier vía, el ingeniero vial debe considerar el vehículo de diseño más grande que usara la vía con más frecuencia.
• Adicionalmente, se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones: El vehículo de pasajeros debe seleccionarse cuando el principal
generador de transito es un lote de estacionamiento. El vehículo SU puede usarse para el diseño de intersecciones en
zonas residenciales. El autobús puede usarse en el diseño de intersecciones del sistema
troncal con las vías urbanas por donde se supone circularan los buses y algunos vehículos pesados.
El WB-18 debe usarse para el diseño de intersecciones y rampas de entrada y salida de autopistas y vías troncales, y en zonas industriales.
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VOLUMEN VEHICULAR
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II UNIDAD
• El diseño de una carretera debe basarse en datos reales del tránsito.
• El tránsito indica para que servicio se va a construir la vía y afecta directamente las características geométricas del diseño.
• Los datos del tránsito deben incluir las cantidades de vehículos o volúmenes por días del año y por horas del día, así como también la distribución de los vehículos por tipos y por pesos, es decir, su composición.
• En el estudio de volúmenes de transito se deben tener en cuenta varios conceptos: Transito diario promedio Volumen de la hora pico Volumen horario de diseño Distribución direccional Proyección del transito
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Tránsito Promedio Diario (TPD)
TPD = N° total de vehículos que pasan por un sector determinado365 días del año
Conteos regulares y periódicos in diferentes zonas del paísrealizados por el MTC.
• Estaciones Permanentes. Conteos continuos.• Estaciones de cobertura 1. Una vez al mes.• Estaciones de cobertura 5. Tres veces al año, una vez cadacuatro meses en días laborales.
VOLUMEN VEHICULAR
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II UNIDAD
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Cuando los recursos disponibles son limitados y se requierendatos con suficiente prontitud se recurren a conteos de cortaduración (uno o varios días), calculándose el TDP por:
TPD = ∑ volúmenes diariosNº de días
VOLUMEN VEHICULAR
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II UNIDAD
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VOLUMEN HORARIO DE PROYECTO
• Volumen horario proyectado que se usa para el diseño.
• Se utiliza un volumen horario en lugar de un volumen diario ya queel primero refleja más apropiadamente las condiciones deoperación de las vías.
• Cuando se hacen conteos continuos de los volúmenes horariosdurante un año, estos se pueden agrupar en un arreglo continuo,ordenándolos en forma descendente de magnitud.
• Entonces, se denomina segundo, tercero, ….., vigésimo, …,trigésimo, …, etc., volumen horario a aquel que es sólo excedidoen magnitud por 1, 2, …, 19, 29, …, etc., volúmenes horarios ,respectivamente, de los 8.760 volúmenes horarios del año.
VOLUMEN VEHICULAR
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II UNIDAD
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VOLUMEN VEHICULAR
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II UNIDAD
VOLUMEN DE LA HORA TRIGÉSIMA
• Si se ordenan por magnitudes decrecientes los volúmenes horarios en ambos sentidos de circulación de las 8760 horas de un año, se denomina Volumen de la Hora Trigésima al que ocupa el rango trigésimo de dicho ordenamiento. En otros términos es el volumen horario que durante el transcurso del año solo es superado 29 veces.
• El volumen en la hora trigésima es el que generalmente se aplica en la práctica para el diseño de caminos rurales, excepto aquellos con estacionalidad muy acentuada. La razón de dicha elección recae en que la curva volúmenes horarios - horas del año presenta una inflexión alrededor de la hora 30, tal que a la izquierda de la misma la pendiente es sustancialmente más abrupta que a su derecha
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VOLUMEN VEHICULAR
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Fuente: Andueza Pedro. El diseño geométrico de carreteras. Tomo I
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VHP = Volumen horario de proyecto
VHP = TDP x K x D
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II UNIDAD
El volumen de diseño puede tomarse como el 15% del TDP
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Rata horaria de flujo
Ej: Volumen 15 min= 200 veh.Rata horaria de flujo= 200 x 4= 800 veh/hr.
Factor Hora Pico
FHP= Volumen durante una hora = Nº de vehiculo 1 hramax rata horaria de flujo 4 x Nº de veh durante
durante 15 min picos. 15 min picos.
VOLUMEN VEHICULAR
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II UNIDAD
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Nº de vehNº de veh 500
Tiempo (min)
Nº de veh
Tiempo (min) Tiempo (min)
300
1200
100
200
400
FHP= 1200 = 1 FHP= 1200 = 0,25 FHP= 1200 = 0,604 X 300 4 X 1200 4 X 500
Vol durante 1 hr = 1200 veh.
Varia entre 0,25 y 1, si el trafico es uniforme durante una hora.FHP= 0,25, si el tráfico ocurre en un periodo de 15 min.
VOLUMEN VEHICULAR
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II UNIDAD
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VOLUMEN VEHICULAR
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II UNIDAD
DISTRIBUCIÓN DIRECCIONAL• Para las carreteras de dos carriles el VHP se
considera en total para ambas direcciones, sin embargo, en las de cuatro carriles o más, este volumen se da por carril. En este último caso, para el diseño es necesario conocer el volumen horario de tránsito en cada sentido de viaje, y esto es lo que se conoce con el nombre de distribución direccional del transito y se representa con D.
• Durante las horas pico en las carreteras rurales, aproximadamente dos tercios del volumen de transito va en un sentido (y obviamente un tercio en el otro), aunque muchas veces este valor puede llegar a ser del 80%, en cuyo caso D=0,80
Fuente: Ppios de ing. De tránsito. Guido Radelat
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Estimación del tráfico futuro
Existente Tráfico actual
Atraído
Crecimiento normal del tráfico
Incremento del tráfico Tráfico inducido
Tráfico de desarrollo
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II UNIDAD
VOLUMEN VEHICULAR
el que utilizaría la carretera nueva o mejorada si ahora se pusiera en servicio
Incremento del volumen debido al crecimiento de la población
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Tráfico existente es el que está utilizando la carretera antes de lamejora . En el caso de una vía nueva, el tráfico actual no existe
Tráfico Atraído es el que viene de otras vías al terminar de construirsela carretera o al completarse las mejoras. El volumen de tránsito queempieza a usar una carretera nueva es totalmente atraído.
Para determinar el tráfico actual se puede usar uno de los siguientesprocedimientos:
1. Contar los volúmenes de tránsito de carreteras existentes quepuedan afectar el volumen de tránsito de la mejora.
2. Realizar estudios de origen y destino en las propias vías3. En áreas urbanas o suburbanas, realizar estudios de origen y
destino mediante entrevistas domiciliarias
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II UNIDAD
VOLUMEN VEHICULAR
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Establecido el tránsito actual, se debe determinar el volumen futuroaplicando los incrementos correspondientes al crecimiento normal,al tránsito inducido y al tránsito de desarrollo.
El crecimiento normal o vegetativo es el incremento en el volumendebido al incremento general en el número y utilización de losvehículos. Normalmente hay crecimiento en esos dos aspectos hastaque en una fecha futura, y posiblemente remota, se llegue a unpunto de saturación.
Tráfico inducido consiste en los viajes de vehículos diferentes de losde transporte publico, que no se habrían realizado si la vía no sehubiera hecho o mejorado.
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II UNIDAD
VOLUMEN VEHICULAR
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VN = V0 (1 + t)n
VI = (V0 + VN) x α
Crecimiento normal del tráfico
Donde;VN = crecimiento normal del tráficoV0 = tráfico actualt = Tasa de crecimiento interanual, en el período considerado.n = Cantidad de años en dicho período.
Trafico inducido
Donde;VI = Trafico inducidoα = porcentaje estimado de acuerdo a las condiciones relativas de la nueva vía
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II UNIDAD
VOLUMEN VEHICULAR
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II UNIDAD
VOLUMEN VEHICULAR
Tráfico de desarrollo es el debido a mejoras en las zonasadyacentes que no se habrían presentado si la carretera no sehubiese construido o mejorado. Este componente del tránsitofuturo se continúa presentando por muchos anos, después quela mejora vial se haya realizado, a diferencia del tránsitoinducido que se presenta solo por un par de años después dela construcción.
El desarrollo de la zona se puede estudiar con mapas de lazona que presenten los usos actuales de la tierra y sus posiblemejoras, y los mapas de los usos futuros, con los cuales sepuede predecir el número de viajes que generarían esos usos.