2. Contenido
Conceptos básicos.
Factores que influencian en diseño vial.
Criterios generales de diseño.
Perfil transversal.
Trazado altimétrico: curvas verticales.
Trazado planimétrico: curvas horizontales/peraltes.
Desagües y drenajes.
Movimiento de suelos.
2
3. Definiciones
El diseño geométrico de la carretera se refiere a:
los cálculos y análisis hechos por los ingenieros del
transporte para ajustar la carretera a la topografía
del lugar, satisfaciendo estándares de seguridad, de
servicio y de funcionamiento.
3
Fuente: The Handbook of Highway Engineering. CRC Press, 2006
4. Definiciones
Generalmente, tiene los siguientes objetivos
1. Determinar la traza de la carretera propuesta.
2. Incorporar características físicas al alineamiento del
camino para asegurar que los conductores tienen
suficiente visión del camino (y de los obstáculos) hacia
adelante de modo que puedan ajustar su velocidad de
viaje para mantener seguridad y calidad de conducción.
3. Proporcionar una base para evaluar y planificar la
construcción de la sección transversal de la carretera
propuesta. 4
5. Definiciones
Diseño geométrico: se refiere al dimensionamiento
de los elementos físicos de la infraestructura,
diferenciándose de otros aspectos del diseño, como el
estructural.
Comprende 5 aspectos básicos:
sección transversal del camino;
curvas horizontales (planimetría);
curvas verticales (altimetría);
peraltes; y sobreanchos;
desagües y drenajes.
5
6. Definiciones
Trazado: Definición - en planta y en elevación - de las
coordenadas de la rasante del camino.
Rasante: Línea de eje del camino a la altura de la
calzada.
6
10. Bibliografía
The Green Book 2001
Diseño Geométrico de Carreteras y Calles, AASHTO-1994. Traducción Autorizada EGIC-1997
TOMO I - Elementos
I. Funciones de las carreteras
II. Controles y criterios de diseño
III. Elementos de diseño
IV. Elementos de la sección transversal
TOMO II - Carreteras, calles y autopistas
V. Caminos y calles locales
VI. Caminos y calles colectores
VII. Caminos y calles arteriales rurales y urbanos
VIII. Autopistas
TOMO III - Intersecciones y distribuidores
IX. Intersecciones a nivel
X. Separaciones de nivel y distribuidores
10
A Policy on Geometric Design
of Highways and Streets
American Association of State Highway and Transportation Officials
(AASHTO)
THE 2001 GREEN BOOK
13. Elementos de la sección transversal
13
Zona de Camino (expropiación)
Alambrado
Carril
Banquina
Calzada
Talud
Contratalud
Cuneta
Rasante
Subrasante
Paquete estructural: pavimento
(capa de rodamiento), base y
subbase.
Alcantarilla
15. Factores que influencian el diseño vial
Funcionalidad de la vía:
Categoría (especial y de I a V)
Clasificación funcional.
Velocidad de diseño.
15
16. Factores que influencian el diseño vial
Tránsito:
Volumen esperado de tránsito.
Composición vehicular (clasificación).
Nivel de servicio que se va a suministrar.
16
17. Factores que influencian el diseño vial
Vehículo de diseño.
Características de manejo.
Topografía / geotecnia / clima:
terreno llano, ondulado o montañoso.
tipos de suelos y yacimientos de materiales
naturales.
ladera del sol en zonas de heladas.
17
18. Factores que influencian el diseño vial
Topografía / geotecnia / clima:
terreno llano, ondulado o montañoso.
tipos de suelos y yacimientos de materiales
naturales.
ladera del sol en zonas de heladas.
Consideraciones de seguridad.
18
19. Factores que influencian el diseño vial
Otros factores:
Costos unitarios de insumos.
Disponibilidad de recursos financieros.
Consideraciones sociales:
Aislamiento de barrios.
Estética de diseño.
Consideraciones ambientales:
Áreas sensibles
Medidas de mitigación
Estos factores son importantes, aunque en general se toman en
consideración en las etapas preliminares de diseño.
19
20. Factores que influencian el diseño vial
Funcionalidad de la vía: movimientos
Jerarquías de movimientos:
movimiento principal;
transición;
distribución;
colección;
acceso; y
terminación.
20
Movimiento ininterrumpido,
flujo de alta velocidad
Reducción de velocidad
en las ramas
Arterias de
velocidad
moderada
Caminos colectores
Destino
21. Factores que influencian el diseño
vial
Funcionalidad de la vía: relaciones funcionales
Clasificación s/área:
Caminos rurales
Caminos urbanos
21
Categorización de viajes Clasificación funcional
≠ Uso del suelo
≠ Densidad
población
≠ Patrones
de viaje
22. Factores que influencian el diseño vial
Clasificación funcional de caminos rurales
22
Zona rural
Arterias principales
• Autopistas
• Otras arterias principales
Arterias menores
Colectoras rurales
Caminos locales
rurales
23. Factores que influencian el diseño
vial
Sistema funcional de vías urbanas
23
Zona urbana
Arterias principales urbanas
• Autopistas
• Avenidas, calles principales
Arterias menores
Calles colectoras
Calles locales
24. Factores que influencian el diseño vial
Funcionalidad de la vía: funciones de las calles
24
SOCIAL
• Es la que desempeña la vía pública como
ámbito de relaciones que ligan la vida de cada
persona, vecino, ciudadano, con la de su
comunidad, vecindario o ciudad.
AMBIENTAL O
ECOLOGICA
• Es la que cumple la vía al proporcionar luz, aire
y un medio ambiente propicio en torno a los
edificios.
• Es la que cumple la vía en tanto sirve a los
movimientos vehiculares, ya sea de una parte
de la ciudad a otra, como desde o hacia el
exterior de la misma.
TRÁNSITO O
MOVILIDAD
ACCESO
• Se refiere a la utilización de la vía en el
componente peatonal de un viaje vehicular, ya
sea de personas o de bienes, tanto en los
extremos de viaje como en los transbordos.
• También comprende el ingreso de los
vehículos, o su salida, a o de edificios y
predios, así como el estacionamiento en la
adyacencia de éstos
25. Factores que influencian el diseño vial
Tránsito: variables asociadas
Transito Medio Diario Anual (TMDA)
Volumen Horario de Diseño (VHD)
Nivel de Servicio de Diseño
Distribución direccional (D)
Porcentaje de camiones (%C) 25
26. Factores que influencian el diseño vial
Tránsito: TMDA y VHD
26
n
V
TMD
n
i
i
1
365
365
1
i
i
V
TMDA
Volumen Horario de Diseño
27. 27
Consideraciones
La demanda de tránsito varía según:
el mes del año,
el día de la semana,
la hora del día.
Estas Variaciones quedan expresadas por Factores de Ajuste que surgen de la relación de Tránsitos Medios Diarios y
también de estos con Tránsitos Medios Horarios, desde el año 2004. Se presentan seis (6) opciones dependiendo de
la temporalidad del factor y de su referencia.
En las variaciones horarias se agrega el peso, porcentaje del Tránsito Medio Diario Horario respecto del Tránsito
Medio Diario, Diario Mensual y Diario Anual. Todos los datos de tránsito que se utilizan son de los puestos
permanentes.
Una séptima opción permite obtener la variación del tránsito de períodos. Se distinguen tres (3) lapsos: menos de un
día, menos de un mes, y más de un mes, así resultan tres (3) factores para el primer lapso, dos (2) para el segundo
y uno (1) para el tercero. La hora inicial del período es el primero del par de números que aparecen en la
correspondiente lista desplegable, y la hora final el segundo en la otra lista.
Grupos de días a considerar para año de la consulta:
todos los días del año (365 días o 366 días en el caso de año bisiesto),
los días hábiles del año (de lunes a viernes sin influencia de días 'feriados'),
los días hábiles y fin de semana no feriado. (lunes a domingo sin 'feriados') y
los días feriados del año ('feriados' incluye todos los feriados nacionales y los días influenciados por el mismo).
32. Factores que influencian el diseño vial
Tamaño y características de los vehículos - DNV
32
SEMIRREMOLQUE
SIN ACOPLADO
CON ACOPLADO
11
12
11-11
11-12
12-11
12-12
111
112
113
122
123
LIVIANOS
OMNIBUS
34. Factores que influencian el diseño vial
Consideraciones ambientales: impactos del transporte
34
ENERGIA
USO DE RECURSOS
causas:
infraestructura /
vehículos PAISAJE
ESPACIO URBANO
ACCIDENTES
RUIDO
CONTAMINACION AIRE
CONTAMINACION
VIBRACIONES
SEPARACION
INTIMIDACION, DEMORAS PEATONALES
INTRUSION VISUAL
EMISIONES ELECTROMAGNETICAS
DETERIORO DEL
MEDIO SOCIAL Y
FISICO
causas:
infraestructura /
vehículos
“PLANNING BLIGHT”
35. Factores que influencian el diseño vial
Consideraciones ambientales: estudio analítico de impactos
35
Unidad de
Medida
Correlación entre el nivel del efecto y el impacto (molestia o daño que
causa).
Se emplea la unidad de medida adoptada para cada efecto.
Unidad o indicador utilizado para cuantificar el fenómeno.
Indicador: Una clase, grupo o conjunto de fenómenos potencialmente
observables que representa un definición conceptual con el propósito de
medir una variable.
Correlación entre la magnitud del tránsito y el nivel de efecto o impacto.
Se emplea el criterio de evaluación adoptado.
Modelos de simulación. Permite predecir y evaluar .
Máximo nivel de impacto aceptable.
Se establece para cada tipo de impacto, en general mediante normas o
recomendaciones.
Número máximo de vehículos que pueden circular por una vía en un lapso
determinado, sin que se supere el estándar ambiental correspondiente a un
dado tipo de impacto.
Criterio de
evaluación
Correlación
causa /efecto
Estándar
ambiental
Capacidad
ambiental
36. Velocidad de diseño
Velocidad directriz (VD)
Es la máxima velocidad a la cual un conductor de habilidad media manejando con
razonable atención puede circular con entera seguridad.
Es la máxima velocidad segura que puede mantenerse sobre una sección específica
de camino cuando las condiciones son tan favorables que las características de
diseño de la carretera gobiernan (AASHTO '94).
Una velocidad seleccionada, usada para determinar las varias características de
diseño geométrico de la plataforma. (AASHTO '01)
Rige el diseño de todos los elementos del camino: una vez seleccionada, todas las
características pertinentes de la carretera deberían relacionarse a la velocidad
directriz para obtener un diseño equilibrado.
36
37. Velocidad de diseño
Velocidad de Operación y Velocidad de Marcha
Velocidad de operación: es la más alta velocidad general a la cual un conductor
puede viajar sobre una carretera dada bajo condiciones de tiempo favorables y
bajo condiciones prevalecientes de tránsito, sin superar en ningún momento la
velocidad segura según está determinada por la velocidad directriz sobre una base
de sección-por-sección. (AASHTO '94)
La velocidad a la cual se observa que los conductores operan sus vehículos durante
condiciones de flujo libre. (AASHTO '01)
Velocidad de marcha: es la velocidad de un vehículo sobre una sección de
carretera; es la distancia recorrida dividida por el tiempo de marcha (el tiempo
que el vehículo está en movimiento).
37
38. Velocidad de diseño
Velocidad directriz (VD)
No debería suponerse una VD
baja donde la topografía es
tal que probablemente los
conductores viajen a altas
velocidades.
Los conductores no ajustan
sus velocidades a la
importancia de la carretera,
sino a su percepción de las
limitaciones físicas, y por
consiguiente, el tránsito.
La VD seleccionada debería
ajustarse a los deseos y
hábitos de viaje de casi todos
los conductores.
38
39. Trazado de un camino
Concepto General
1
Una vez fijado los criterios de diseño geométrico, se debe buscar una combinación de
alineamientos rectos y curvos que se adapten al terreno, planimétrica y altimétricamente.
Para proyectar una obra vial se adopta una línea o eje de referencia que en general es el eje
de la futura calzada. A este eje se refieren los demás elementos geométricos del proyecto
(banquinas, taludes, obras de arte, cunetas, etcétera). El eje del camino, que a grandes rasgos
va acompañando las ondulaciones del terreno, estará representado por una línea alabeada
“3D” de componentes x, y, z.
40. Trazado de un camino
Concepto General
1
Trazado: Definición - en planta y en elevación -
de las coordenadas de la rasante del camino.
La rasante de un camino es una línea que
representa en un plano las cotas, elevaciones o
niveles de los puntos de la línea de referencia
de la calzada. Generalmente esta línea de
referencia es el eje de la calzada o eje
geométrico; en caminos de calzada divididas
con mediana ancha es el borde interno de cada
calzada, y en ramas es el borde elegido como
eje de replanteo.
41. 41
1 17
Trazado de un camino
Concepto General
Trazado: Definición - en planta y en elevación - de las coordenadas de
la rasante del camino.
39
Cotas
(m)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
1
2
3
4
5
6 7
8 9
10
11
12
13 14
15
17
15
Progresivas (km)
Progresivas (km)
PLANIMETRÍA
ALTIMETRÍA
(desarrollada)
EH = 1:5000
EV = 1:100
43. Trazado planimétrico
Principios
Disponer la mayor cantidad posible de rectas.
No disponer tramos rectos de más de 10 km de longitud, interponiendo curvas
amplias (mantenimiento de la atención del conductor).
Evitar trazados contiguos a vías férreas (accesibilidad + empalmes).
Atravesar cursos de agua en puntos estables del cauce y preferentemente en forma
normal a los mismos.
Cruzar vías férreas preferentemente a distinto nivel o a nivel en forma normal
(nunca inferior a los 60°).
Distancia de visibilidad ≥ distancia de detención en todo el camino.
Zonas de sobrepaso permitido a no más de 2 minutos de distancia a la Vd.
43
44. Trazado planimétrico
Principios
44
1. ALINEAMIENTO HORIZONTAL
El alineamiento horizontal comprende tres elementos básicos:
Rectas
Curvas circulares
Transiciones
1.Rectas (R = infinito)
Tienen las propiedades de dirección-sentido y longitud. Proveen clara orientación, pero
simultáneamente pueden ser visualmente poco atractivas. Al ser totalmente predecibles, con una
vista que aparece estática, pueden causar monotonía en el manejo y alentar la indeseable
combinación de fatiga y exceso de velocidad. Durante la noche, los faros del tránsito opuesto
pueden originar encandilamiento.
Las rectas de longitud adecuada son deseables en caminos de dos carriles para facilitar las
maniobras de adelantamiento, y deben proveerse tan frecuentemente como el terreno lo permita.
Las rectas excesivamente largas deben evitarse pues alientan a los conductores a viajar a
velocidades superiores a la velocidad directriz.
45. Trazado planimétrico
Principios
45
o DISEÑO DEL ALINEAMIENTO HORIZONTAL
Rectas
En terreno plano se aceptan las rectas largas. Si para romper la monotonía se intro-
ducen curvas, deberían ser como para evitar la apariencia de quiebres. A menos que
el cambio en el alineamiento sea notable, las luces de los faros del tránsito opuesto
permanecen siendo molestas
Longitudes máximas (Lrmáx)
Se recomienda proyectar longitudes en rectas menores que:
Diferente que en caminos de calzadas divididas, en los caminos de dos carriles y
dos sentidos la conveniencia de proveer distancia visual de adelantamiento justifica
utilizar rectas más largas.
Longitudes mínimas (Lrmín)
Entre curvas circulares próximas, sucesivas y del mismo sentido conviene dejar un
tramo recto de longitud mínima calculada con la fórmula empírica L (m) ≥ 5 V (km/h)
para eliminar la insegura apariencia de espalda-quebrada y disipar la expectativa del
conductor de prever curvas alternadamente a izquierda y derecha, y, si es posible,
proveer DVA.
km/h
V
20
m
Lrmáx
46. Diseño planimétrico
Curvas horizontales
Objeto:
Vincular en planta dos alineamientos que forman un cierto ángulo
horizontal entre sí permitiendo desarrollar progresivamente las
fuerzas centrífugas y desarrollar el peralte para compensarlas
parcialmente.
Compuestas por una curva circular y dos curvas de transición
(espirales) a la entrada y salida.
46
58. Diseño planimétrico
Curvas horizontales: peralte
Peralte: Inclinación de la calzada hacia el borde interno de la curva
que sirve para atenuar o compensar parcialmente la acción de la
fuerza centrífuga que tiende a producir el deslizamiento o vuelco
del vehículo.
58
R
V
f
p D
T
*
127
2
Valores máximos peralte p=tg a
• 10% en zonas montañosas
• 8% en zonas llanas
• 6% en áreas urbanas
VD en km/h
R en metros
fT = coeficiente de fricción transversal
fT = f (VD ) ≈ 0,13 (100 km/h).
60. 60
Peralte
máximo
Condiciones en que se desarrolla la ruta
10% En zonas rurales montañosas, con heladas o nevadas poco frecuentes
8% En zonas rurales llanas, con heladas o nevadas poco frecuentes
6%
En zonas próximas a las urbanas, con vehículos que operan a bajas velocidades, o en zonas rurales,
llanas o montañosas, sujetas a heladas o nevadas frecuentes
Peraltes máximos
61. 61
Coeficiente de fricción transversal húmeda máxima, (ftmáx)
El coeficiente de fricción transversal máximo húmeda, ftmáx, es el desarrollado en condiciones
de inminente deslizamiento lateral del vehículo, con un razonable margen de seguridad. La
expresión de ftmáx en función de V es:
h
km
80
V
5000
3V
0,188
ftmáx
h
km
80
V
800
V
0,24
ftmáx
V ftmáx
km/h
25 0,17
30 0,17
40 0,16
50 0,16
60 0,15
70 0,15
80 0,14
90 0,13
100 0,12
110 0,10
120 0,09
130 0,08
140 0,07
63. 63
PI Punto intersección tangentes principales
TE Punto común de la tangente y la espiral
EC Punto común de la espiral y la circular
CE Punto común de la circular y la espiral
ET Punto común de la espiral y la tangente
c
e
e
R
L
*
2
360
*
*
*
2 c
c
c R
L
e
c
*
2
e
c
t L
L
L *
2
Rc Radio curva circular
Le Longitud de la curva espiral
Lc Longitud de la curva circular
entre EC y CE
Te Segmento de tangente principal
entre TE y PI
E Externa
Δ Ángulo entre tangentes principales
Δc Ángulo tangentes en EC y CE
Θe Ángulo tangentes extremas espiral
K y P Coordenadas de Pc con respecto a TE
65. e
L
TE
EC
Pr
Pr
65
e
C L
X
K
P
R
Te
2
tan
e
T
PI
TE
Pr
Pr
3
/
* e
e
C L
Y
12
/
* e
e
L
P
2
/
e
L
K
Segmento de tangente principal entre TE y PI
R
P
R
Ee
2
sec
Externa de la curva total
Progresivas
e
L
ET
CE
Pr
Pr
t
L
TE
ET
Pr
Pr
66. Diseño planimétrico
Calculo de la Le
Longitud mínima y máxima
Longitud mínima:
Se adopta el mayor valor entre:
Criterio de comodidad: La longitud mínima necesaria está dada por la función de Shortt
(1909):
Donde:
V=velocidad directriz (km/h)
R= radio de la curva (m)
a= variación de la aceleración centrífuga; alrededor de 0,6 m/s3 66
67. Diseño planimétrico
Calculo de la Le
Longitud mínima y máxima
Longitud mínima:
Se adopta el mayor valor entre:
Criterio de apariencia general:
La transición debe tener una longitud mínima tal que un vehículo marchando a la velocidad
directriz, tarde 2 segundos aproximadamente en recorrerla.
La longitud mínima será de 30 m.
67
68. Diseño planimétrico
Calculo de la Le
Longitud mínima y máxima
Longitud mínima:
Se adopta el mayor valor entre:
Criterio de apariencia de borde:
Lemin (m) = Longitud de espira según criterio de apariencia de borde.
V = Velocidad directriz (km/hs), ac = Ancho de carril (m), p = Peralte (%),S = sobreancho (m)
68
69. Diseño planimétrico
Calculo de la Le
Longitud mínima y máxima
Longitud máxima.
Según las investigaciones internacionales se comprobó que las expectativas de los
conductores no son satisfechas por las longitudes largas de transición: inducen maniobras
de zigzagueantes.
Longitud máxima:
Por lo que se limita la longitud máxima de la clotoide a:
69
78. e
L
TE
EC
Pr
Pr
78
e
C L
X
K
P
R
Te
2
tan
e
T
PI
TE
Pr
Pr
3
/
* e
e
C L
Y
12
/
* e
e
L
P
2
/
e
L
K
Segmento de tangente principal entre TE y PI
R
P
R
Ee
2
sec
Externa de la curva total
Progresivas
e
L
ET
CE
Pr
Pr
t
L
TE
ET
Pr
Pr
79.
80.
81.
82.
83.
84.
85.
86.
87.
88. Vd (Km/hs) 60
Pmax % 6
° o' ´´
∆ (°:':") 46 0 0
∆ (r) 0.80
Prog. Vert. 1200.00
Rmdes (m) 352.80
Rmabs (m) 131.43
Rc (m) 200.00
ac (m) 7.20 Ancho de Calzada
S (m) 0.60 Sobreancho
pnec 6.00 Peralte necesario
Longitud de espiras (Le) Le mín (m)
1) Criterio de comodidad 29.24
2) Criterio de apariencia general 33.33 * Le > 30m
3)Criterio de apariencia de borde 35.10
Le mín adoptado 35.10
40 m
Le > 0,1 x Rc VERDADERO
Ꝋe (rad) k (m) p (m) Xc (m) Yc (m) TL (m) TC (m) CL (m) Te (m) Ee (m) c (m)
0.10000 20 0.33 39.96 1.33 26.67 13.33 39.98 105.04 17.63 0.6029
5° 43´ 46´´ 34° 32´ 27´´
L C circ.(m) L total (m)
120.57 200.57
Prog. Vertice Prog. Te Prog. Ec Prog. CC Prog. Ce Prog. Et
1200 1094.96 1134.96 1195.25 1255.53 1295.53
Datos
Calculo de la Le
Elementos de la curva
Le