Factores que influyen en el diseño de una vía

Transcripción

1 Factores que influyen en el diseño de una vía 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

2 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: CRITERIOS Y CONTROLES DE DISEÑO Normas Venezolanas y la AASTHO El vehículo de diseño. El Volumen esperado de tránsito. La velocidad de diseño. El nivel de servicio que se va a suministrar

3 VEHÍCULO DE DISEÑO Es el vehículo cuyos pesos, dimensiones y características de operación se usan para establecer los controles de diseño que acomoden 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 para determinar criterios en el diseño geométrico, el diseño de las intersecciones y los requerimientos de distancia de visibilidad.

4 CARACTERĺSTICAS DEL VEHÍCULO DE DISEÑO Vehículo de diseño Estáticas Cinemáticas Peso Dimensiones Capacidad de aceleración Radio de Giro Dinámicas Resistencia del aire Resistencia al rodamiento Resistencia a la curvatura Requerimientos de potencia Capacidad de frenado

5 VEHÍCULO DE DISEÑO 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) Carros de 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

6 VEHÍCULO DE DISEÑO Vehículo de pasajeros (P) Semi-Remolque (WB-15) Camión (SU)

7 VEHÍCULO DE DISEÑO Alto Distancia entre ejes Saliente eje trasero Largo Saliente eje delantero

8 VEHÍCULO DE DISEÑO 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)

9 VEHÍCULO DE DISEÑO

10 Trayectoria mínima para vehículos tipo P

11 Trayectoria mínima para el vehículo tipo SU

12 Trayectoria mínima para vehículos tipo WB-12

13 Trayectoria mínima para vehículos tipo WB-15

14 Trayectoria mínima para vehículos tipo WB-18

15 Trayectoria mínima para vehículos tipo BUS

16 Características Cinemáticas CRITERIOS Y CONTROLES DE DISEÑO VEHÍCULO DE DISEÑO 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.

17 VEHÍCULO DE DISEÑO Modelos de aceleración uniforme dv dt v v 0 = dv a = = t 0 v = at + const adt v 0 v v0 x = dv v = a dx vdv v = x 0 2 2a v adx 2 0 dx = vdt = at + v ) dt ( 0 x t v 0 0 0) dx = ( at x = at + v0t 2 dt Usada en diseño, la rata de aceleración es constante

18 VEHÍCULO DE DISEÑO 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

19 1. Resistencias al movimiento CRITERIOS Y CONTROLES DE DISEÑO VEHÍCULO DE DISEÑO 1 i Peso F t = 270P/v R a = CAv 2 R r = Wf r R i = Wi Ecuación del movimiento: F t - (R a + R r + R i ) = Wa/g

20 2. Movimiento en curva W sin β + f W cos β = W sin β + fs W cos β = s CRITERIOS Y CONTROLES DE DISEÑO W g VEHÍCULO DE DISEÑO m a n 2 v ( )cos β R cos β W cos β sin β = tan β = e cos β e + f s = 2 v gr a n = v 2 /R R = v 2 /127(f s + e) f s = 0,26-0,00133v

21 3. Proceso de frenado W a = Wf cosα ± W sinα g x = v 2 0 2a v 2 x D b VEHÍCULO DE DISEÑO D b = 2 v0 v x cosα = cosα 2a 2 a = ( v 2 0 v 2 cosα ) 2 D b ( v g cosα 0 v ) = f cosα ± 2Db ( v g v ) = f ± 2Db sinα cosα sinα cosα sinα = tanα = G cosα v0 v D b = 2g( f ± G) 2 2

22 Selección del Vehículo de diseño CRITERIOS Y CONTROLES DE DISEÑO 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.

23 VOLUMEN VEHICULAR 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

24 Tránsito Promedio Diario (TPD) CRITERIOS Y CONTROLES DE DISEÑO VOLUMEN VEHICULAR TPD = N total de vehículos que pasan por un sector determinado 365 días del año Conteos regulares y periódicos in diferentes zonas del país realizados 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 cada cuatro meses en días laborales.

25 VOLUMEN VEHICULAR Cuando los recursos disponibles son limitados y se requieren datos con suficiente prontitud se recurren a conteos de corta duración (uno o varios días), calculándose el TDP por: TPD = volúmenes diarios Nº de días

26 VOLUMEN VEHICULAR 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 que el primero refleja más apropiadamente las condiciones de operación de las vías. Cuando se hacen conteos continuos de los volúmenes horarios durante 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 excedido en magnitud por 1, 2,, 19, 29,, etc., volúmenes horarios, respectivamente, de los volúmenes horarios del año.

27 VOLUMEN VEHICULAR 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

28 VOLUMEN VEHICULAR Fuente: Andueza Pedro. El diseño geométrico de carreteras. Tomo I

29 VHP = Volumen horario de proyecto CRITERIOS Y CONTROLES DE DISEÑO VOLUMEN VEHICULAR VHP = TDP x K x D El volumen de diseño puede tomarse como el 15% del TDP

30 VOLUMEN VEHICULAR 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 hra max rata horaria de flujo 4 x Nº de veh durante durante 15 min picos. 15 min picos.

31 VOLUMEN VEHICULAR Vol durante 1 hr = 1200 veh. Nº de veh Nº de veh Nº de veh Tiempo (min) Tiempo (min) Tiempo (min) FHP= 1200 = 1 FHP= 1200 = 0,25 FHP= 1200 = 0,60 4 X X X 500 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.

32 VOLUMEN VEHICULAR 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

33 Estimación del tráfico futuro CRITERIOS Y CONTROLES DE DISEÑO VOLUMEN VEHICULAR Tráfico actual Existente Atraído el que utilizaría la carretera nueva o mejorada si ahora se pusiera en servicio Incremento del tráfico Crecimiento normal del tráfico Tráfico inducido Tráfico de desarrollo Incremento del volumen debido al crecimiento de la población

34 VOLUMEN VEHICULAR Tráfico existente es el que está utilizando la carretera antes de la mejora. En el caso de una vía nueva, el tráfico actual no existe Tráfico Atraído es el que viene de otras vías al terminar de construirse la carretera o al completarse las mejoras. El volumen de tránsito que empieza a usar una carretera nueva es totalmente atraído. Para determinar el tráfico actual se puede usar uno de los siguientes procedimientos: 1. Contar los volúmenes de tránsito de carreteras existentes que puedan afectar el volumen de tránsito de la mejora. 2. Realizar estudios de origen y destino en las propias vías 3. En áreas urbanas o suburbanas, realizar estudios de origen y destino mediante entrevistas domiciliarias

35 VOLUMEN VEHICULAR Establecido el tránsito actual, se debe determinar el volumen futuro aplicando los incrementos correspondientes al crecimiento normal, al tránsito inducido y al tránsito de desarrollo. El crecimiento normal o vegetativo es el incremento en el volumen debido al incremento general en el número y utilización de los vehículos. Normalmente hay crecimiento en esos dos aspectos hasta que en una fecha futura, y posiblemente remota, se llegue a un punto de saturación. Tráfico inducido consiste en los viajes de vehículos diferentes de los de transporte publico, que no se habrían realizado si la vía no se hubiera hecho o mejorado.

36 Crecimiento normal del tráfico VOLUMEN VEHICULAR V N = V 0 (1 + t) n Donde; V N = crecimiento normal del tráfico V 0 = tráfico actual t = Tasa de crecimiento interanual, en el período considerado. n = Cantidad de años en dicho período. Trafico inducido V I = (V 0 + V N ) x α Donde; V I = Trafico inducido α = porcentaje estimado de acuerdo a las condiciones relativas de la nueva vía

37 VOLUMEN VEHICULAR Tráfico de desarrollo es el debido a mejoras en las zonas adyacentes que no se habrían presentado si la carretera no se hubiese construido o mejorado. Este componente del tránsito futuro se continúa presentando por muchos anos, después que la mejora vial se haya realizado, a diferencia del tránsito inducido que se presenta solo por un par de años después de la construcción. El desarrollo de la zona se puede estudiar con mapas de la zona que presenten los usos actuales de la tierra y sus posible mejoras, y los mapas de los usos futuros, con los cuales se puede predecir el número de viajes que generarían esos usos.