INGENIERÍA DEL TRANSPORTE (68 07) GUÍA DE EJERCICIOS

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1 INGENIERÍA DEL TRANSPORTE (68 07) GUÍA DE EJERCICIOS 1 Operación y control de los sistemas de transporte 1.1 Sistemas de transporte guiado Un sistema ferroviario de transporte urbano de pasajeros está diseñado para operar con una formación de coches de tracción eléctrica, cuyas características operativas son: Velocidad máxima V MAX = 90 km/h y Aceleración a = 1,2 m/s 2. La capacidad de cada coche es de 80 pasajeros sentados, y su longitud de 25 metros. La frecuencia máxima que permite el sistema de señalamiento es de un tren cada 10 minutos, y se requiere un tiempo medio de parada en estaciones de 19 segundos. La demanda a transportar es D = pasajeros sentados / hora dirección La distancia media entre estaciones es de metros, y la distancia total del trayecto es de 30 km. Calcular: a) La longitud mínima de plataforma de las estaciones. b) La velocidad promedio de marcha y la velocidad comercial. c) El parque móvil mínimo necesario. d) El kilometraje anual total recorrido (veh km/año), suponiendo un único diagrama de servicios para todos los días del año, que contemple una frecuencia de 6 trenes/hora de 6 a 22, y de 2 trenes/hora de 22 a Sistemas de transporte guiado Un sistema ferroviario de transporte suburbano de pasajeros está diseñado para operar con una formación de coches de tracción eléctrica, cuyas características operativas son: Velocidad máxima V MX = 125 km/h Aceleración a = 2 m/s 2 La capacidad de cada coche es de 80 pasajeros sentados (por el valor de aceleración, no se admiten pasajeros parados), y su longitud de 25,8 metros. La frecuencia máxima que permite el sistema de señalamiento es de un tren cada 4 minutos, y se requiere un tiempo medio de parada en estaciones de 30 segundos. La distancia media entre estaciones es de metros, y la distancia total del trayecto (ida) es de 30 km (en total, 16 estaciones). La demanda a transportar es D = pasajeros sentados / hora dirección. Se adopta un factor de hora pico FHP=0,92. Calcular: a) La frecuencia mínima de servicios (trenes/hora) para atender la demanda, teniendo en cuenta que la estación crítica admite una longitud de plataforma máxima de 200m, y que todas las formaciones tienen similar cantidad de coches. [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 1 de 17

2 b) La velocidad promedio de marcha y la velocidad comercial. c) El parque móvil mínimo necesario (adoptar un coeficiente de disponibilidad de 90%). d) El kilometraje diario total recorrido por la flota (veh km/día), y el recorrido medio de cada coche (km/día), suponiendo que el servicio se presta entre las 06hs y las 24hs, con la frecuencia calculada durante las horas pico (de 06 a 09 y de 18 a 21), y una reducción de 75% durante los períodos fuera de hora pico. 1.3 Regímenes de seguridad Para un sistema de transporte que opera con un tren de vehículos con flujo interrumpido, calcular el espaciamiento mínimo necesario para garantizar un régimen de seguridad "a" (seguridad máxima), y el intervalo mínimo correspondiente, en función de los siguientes datos: L = 25 m N = 6 veh/tren X 0 = 15 m δ = 1 s a = 1,0 m/s 2 d n = 1,0 m/s 2 d e = 1,2 m/s 2 V = 130 km/h Tiempo máximo de detención en estaciones = 25 s 1.4 Tránsito En un tramo de 40 km de un camino de dos carriles que se pretende mejorar, se realiza un censo de tránsito durante una semana del mes de marzo, con un contador de ejes que arroja un total de pares de ejes. a) Estimar el Tránsito Medio Diario Anual (TMDA) del año de conteo (2004) b) Estimar el Tránsito Medio Diario Anual (TMDA) del año de diseño (2007) c) Estimar el Volumen Horario de Diseño. Datos: TMDA MARZO = 8000 veh/día TMDA HAB,MARZO = 8800 veh/día TMDA = 8400 veh/día Factor de clasificación, F C = 0,9 Volumen Hora 30 = 13% TMDA 2% de crecimiento anual estimado. [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 2 de 17

3 1.5 Nivel de servicio de una autopista urbana Para un tramo de 4 km de autopista de ocho carriles (cuatro por sentido), en zona urbana, con terreno llano y una velocidad límite máxima de 130 km/h. a) Calcular el nivel de servicio durante la hora pico. b) Identificar cuáles de las condiciones de calzada del segmento analizado pueden considerarse ideales. Datos: Condiciones de calzada: Ancho de carril = 3,4 metros; obstáculos laterales a 1,8 metros; 1 intercambiador. Condiciones de Tránsito: Volumen hora pico = veh/h p/sentido; Factor de Hora Pico = 0,92; 5% de camiones, 2% ómnibus, 0% vehículos recreacionales; factor de ajuste por tipo de conductor = Nivel de servicio de una autopista urbana Para un tramo existente de autopista de cuatro carriles (dos por sentido), en zona urbana, con terreno ondulado y una velocidad límite máxima de 120 km/h, se desea evaluar una mejora para el año 2026, consistente en la ampliación de 1 carril por sentido (seis carriles en total, tres por sentido). Para ello, se realiza un censo de tránsito durante tres días hábiles del mes de marzo del año actual, con un contador de ejes que arroja un total de ejes en ambos sentidos. a) Estimar el Tránsito Medio Diario Anual (TMDA) y el Volumen Horario de Diseño (VHD) para el año de actual (2006). b) Ídem para el año de diseño (2026). c) Determinar si la ampliación propuesta implica o no una mejora cualitativa de las condiciones de operación del segmento analizado en el año de diseño, con relación a la situación actual. d) Identificar cuáles de las condiciones de calzada del segmento analizado pueden considerarse ideales. Datos: Factor de Estacionalidad, F EST, MARZO = 1,2. Crecimiento anual estimado = 4%. Direccionalidad del tránsito = 50 50% Clasificación vehicular: 10% camiones (tipo 113 ), 5% ómnibus (2 ejes), resto automóviles. Condiciones de calzada: Ancho de carril = 3,4 metros (se amplía a 3,65m con la mejora); obstáculos laterales a 1,8 metros (se reduce a 0,9m con la mejora), 3 intercambiadores en todo el tramo. Condiciones de Tránsito: Factor Hora Pico = 0,92; Factor de ajuste por tipo de conductor = Tránsito y En un tramo de 40 km de un camino de dos carriles que se pretende mejorar, se realiza [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 3 de 17

4 evaluación económica de una mejora vial un censo de tránsito durante dos días hábiles del mes de marzo, con un contador de ejes que arroja un total de pares de ejes. a) Estimar el Tránsito Medio Diario Anual (TMDA) del año de conteo (2004 = año 0) b) Estimar el Volumen Horario de Diseño para el año 5. Se estudia como alternativa la mejora del camino existente, manteniendo los dos carriles actuales: c) Evaluar económicamente dicha alternativa, tomando en consideración la inversión inicial (a efectuar en el año 2004), su valor residual, y los beneficios resultantes de la disminución de los costos de operación de vehículos, con una tasa de descuento de 10% anual, y para un período de análisis de cinco años (2005 a 2009). Datos: Factor de Estacionalidad, F Est = 1,21; Factor de clasificación, F C = 0,9 Direccionalidad del tránsito = 50 50%; Volumen Hora 30 = 13% TMDA Costo de la inversión inicial, CII = $12 millones; Valor residual al final del año 5 = 30% CII. Beneficio por vehículo = 3 centavos / veh km. 2% de crecimiento anual estimado, F G = 1,02. No considerar tránsito derivado ni inducido. 1.8 Nivel de servicio de una mejora vial Un camino de dos carriles y dos sentidos de circulación, ha alcanzado un volumen cercano a su capacidad durante las horas pico (7:30 a 9:30 de la mañana, y de 17:00 a 20:00 por la tarde). A partir de una estación de conteo permanente (con detector neumático) se determina que el TMDA es igual a ejes/día (año 2008). Un conteo de cobertura arroja un factor de clasificación igual a 0,87 (90% automóviles, y 10% camiones del tipo 1 1 3). El tránsito entrante de los intercambiadores es aproximadamente equivalente al tránsito saliente, por lo que puede considerarse que el flujo es constante a lo largo del tramo en estudio (12km). Se proyecta una mejora consistente en la construcción de una autovía de dos carriles por sentido, con calzada dividida, a ejecutar durante La obra se habilitará en el año 2010, y la velocidad de operación proyectada es de 80 km/h. a) Estimar para el año 2010: Volumen Horario de Diseño (veh/h en ambos sentidos), suponiendo un crecimiento anual de 5%. Volumen Horario Equivalente (autos/hora c), explicitando los valores adoptados y/o calculados para los factores de hora pico, de vehículos pesados y tipo de conductores. Nivel de Servicio, suponiendo que se encuentra en el tramo horizontal de la curva Velocidad = f(volumen). (Límites intervalos: 7, 11, 16, 22 y 28 autos/km [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 4 de 17

5 c). b) Se pretende calcular el peaje a percibir, para dos categorías de vehículos (automóvil y camiones), el que no puede superar, en valores medios, el beneficio que el usuario percibe con la mejora, también ponderado en valores medios. Indicar: Cómo calcularía el beneficio medio de los usuarios, qué información adicional necesitaría para dicho cálculo, y cómo podría obtenerla. Cómo calcularía el peaje medio de cada categoría vehicular. 1.9 Carriles exclusivos p/transporte público Una fundación que se dedica a temas de transporte urbano, le pide asesoramiento para efectuar un análisis de prefactibilidad técnica y económica para implementar carriles exclusivos para transporte público en algunas avenidas de la Ciudad de Buenos Aires. Indique cómo encararía el estudio (planteo del problema), qué datos necesitará recolectar, qué indicadores propicia calcular, y cómo plantearía los costos y beneficios para el flujo de fondos de la evaluación económica. Explicite criterios para cuantificar los costos y los beneficios. [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 5 de 17

6 2 TRANSPORTE TERRESTRE DISEÑO GEOMÉTRICO 2.1 Peralte Transición del peralte por giro alrededor del borde interno: determinar si los datos propuestos son compatibles. Si no lo son, proponer una solución. Graficar la transición. Datos: Ángulo de las tangentes principales = 20 Longitud de la curva espiral: Le = 100 m Peralte: p = 6% Pendiente transversal = 2% Ancho de carril: a = 3,6 m Velocidad directriz = 120 Km/h Pendiente máxima de elevación del borde de la calzada: i máx (%) = 40 / Vd (Km/h) 2.2 Peralte Transición del peralte por giro alrededor del eje: determinar si los datos propuestos son compatibles. Caso contrario proponer una solución. Graficar la transición. Datos: Ángulo de las tangentes principales = 20º Longitud de la curva espiral: Le = 50 m Peralte: p = 6% Pendiente transversal = 2% Ancho de carril: a = 3,6 m Velocidad directriz = 120 Km/h Pendiente máxima de elevación del borde de la calzada: i máx (%) = 40 / Vd (Km/h) 2.3 Curvas verticales Se ha producido un accidente en una carretera rural de dos carriles, concesionada por peaje. Se trata de un vehículo que colisionó con un tronco caído sobre la calzada, en un tramo de camino donde existe una curva vertical convexa, y la velocidad máxima permitida es de 130km/h. Los abogados del conductor del vehículo sostienen que el mismo circulaba a lo sumo a la velocidad máxima permitida, y que no pudo ver el obstáculo con la antelación suficiente (para frenar antes de colisionar). La empresa concesionaria asegura que la curva está correctamente diseñada para la velocidad máxima permitida. A partir de ello, sostiene que el conductor circulaba a una velocidad mayor a la permitida, o que no frenó cuando debió. Usted es convocado como perito oficial para dar su parecer al respecto. Cuáles serán sus conclusiones? [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 6 de 17

7 Datos disponibles: L = metros; f L = 0,265 ; i 1 = 2.0 % ; i 2 = 2 % 2.4 Curvas verticales Un análisis accidentológico indica que una curva vertical convexa de un camino existente podría estar mal dimensionada. La curva une dos pendientes de 3% y 2%, y su longitud es de 600m. Si la velocidad máxima es de 110km/h, determine si el diseño vertical efectivamente presenta problemas de seguridad, y en tal caso, proponga una solución viable. Fórmulas: Para L > D D L < D D L = 0, D. D D Distancia de frenado: Con a=3,4m/s 2 D Δ L = / Δ D F i i 2 VD = a 254 i 9, Intersecciones Cuántas maniobras de convergencia se deben considerar en el análisis de una intersección no semaforizada de una avenida de dos sentidos de circulación y una calle de un sentido de circulación, si los giros a la izquierda están prohibidos en la avenida? 2.6 Intersecciones Con el uso de un diagrama apropiado, identifique todos los puntos posibles de conflicto (entre vehículos) en una intersección en T sin señalización. 2.7 Intersecciones Con el uso de un diagrama apropiado, identifique todos los puntos posibles de conflicto (entre vehículos) en una intersección de dos calles de dos sentidos de circulación, sin señalización. 2.8 Intersecciones Para la intersección de Av. Gral Paz (horizontal) y Av. Ricchieri (gráfico) identificar: [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 7 de 17

8 a) Qué tipo de ramal se utiliza para los giros a la izquierda desde Av. Gral. Paz (en carriles centrales). b) Qué tipo de ramal se utiliza para los giros a la izquierda desde Av. Ricchieri (en carriles centrales) c) Cuántas obras de paso requiere d) Cuál cree que puede ser el principal inconveniente que presenta esta configuración. e) Intente graficar la misma intersección, pero con todos los ramales de giro a la izquierda similares. Discuta las diferencias. 2.9 Intersecciones Para la intersección dada, correspondiente a un trébol modificado con tres ramales en lazo sustituidos: identificar qué tipo de ramales sustituyen a los lazos para cada giro a la izquierda, y como supone que serán, comparativamente, los VHD de los giros a la [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 8 de 17

9 izquierda en cada caso Intersecciones La siguiente secuencia representa sucesivas modificaciones de un enlace en trébol completo. Identifique cuáles son las modificaciones introducidas en I y en II, y explique qué implican en términos de capacidad, obras de paso y ocupación de suelo. Etapa I Etapa II 2.11 Movimiento de suelos Se le ha encargado diseñar la operación de movimiento de suelos para la obra básica de un tramo de camino de montaña de 50km. A los efectos de disponer el material de desmonte, el cliente ha adquirido 3 terrenos a lo largo de la traza en los que se pueden formar terraplenes de hasta 3m. El objetivo del trabajo consiste en determinar qué volumen de suelo será enviado a cada depósito y cuál es la distancia media correspondiente, todo de manera de disminuir el costo de movimiento de suelo. a) La propuesta inicial es suponer que el excedente de progresiva a se dispone en el depósito A, el excedente de progresiva a en el depósito B y lo restante en el C. Para esta propuesta calcule: Diagrama de volúmenes acumulados Volumen de suelo dispuesto en cada depósito Distancia media de transporte a cada depósito Momento transportado total y distancia media de transporte ponderada. b) Diseñe otro esquema de distribución de suelos de manera de minimizar el costo de transporte, el cual se estima en 1$/m³ km. No es necesario encontrar la solución óptima, simplemente otra mejor. Recalcule los parámetros pedidos en a). Notas: No considerar esponjamiento. La capacidad de los terrenos puede quedar subutilizada pero no sobrepasada. [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 9 de 17

10 Volumen de Desmonte: m³/km Traza del camino 20km 20km 10km Depósito A Sup = 10Ha Prog = Depósito B Sup = 5Ha Prog = Depósito C Sup = 10Ha Prog = [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 10 de 17

11 3 TRANSPORTE TERRESTRE PAVIMENTOS 3.1 Trazado y construcción de un camino nuevo La traza de un camino rural de dos carriles atraviesa la zona céntrica de una ciudad [a. cordillerana] / [b. de la llanura pampeana]. Ante el incremento del TMDA, se decide construir un tramo nuevo que circunvale la ciudad, de modo de derivar todo en tránsito pasante, así como el tránsito pesado local, por dicha vía. Identificar qué información necesitará para el diseño geométrico y estructural de la obra, si se decide construir [a. un pavimento de hormigón con subbase granular] / [b. un pavimento flexible, con mínimo espesor de carpeta asfáltica], y explicar el proceso de dimensionamiento. Adoptar valores de velocidad directriz, peralte máximo, pendiente longitudinal máxima, valor soporte de la subrasante, vida útil, etcétera, indicando en cada caso el criterio de selección utilizado. Esquematizar el método de dimensionamiento, y graficar el perfil transversal del paquete estructural. [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 11 de 17

12 4 FERROCARRILES 4.1 Curvas horizontales Sea una curva circular pura sin curva de transición, ubicada entre dos alineamientos rectos con un ángulo de desviación de 30º. La transición del peralte se efectúa en las rectas, y la curva tiene peralte constante. a) Calcular con los siguientes datos, el valor del peralte en mm y la flecha a dar en la zona de curva en mm. Datos: V=90 km/h t=1000 mm R=500 m i=1:1000 b) Graficar el peralte y la flecha en función de la distancia. Empezar unos 100 metros antes del inicio de la curva. c) Explicar gráficamente como medir las flechas en la zona curva. d) Indicar qué datos daría usted al operador de una máquina de vía, para producir la curva con las características calculadas. 4.2 Estación de bloqueo Dibujar una estación de bloqueo para vía sencilla. Colocar los cambios que sean necesarios para garantizar la circulación en ambos sentidos. Colocar las señales mínimas y necesarias, y explicar cómo se opera cada una. 4.3 Rampa máxima Calcular la rampa máxima para un trazado que presenta siguientes condiciones: Coeficiente de adherencia: μ = 1/4 Peso de la locomotora = 100 tn, Potencia = 1400 Hp Resistencia al movimiento en recta y horizontal: ro = 1.2 Kg/tn Curva con una resistencia: rc = 0.3 Kg/tn Carga a transportar = 900 tn 4.4 Rieles soldados Explique y realice todos los cálculos pertinentes, para efectuar la liberación de tensiones del siguiente tramo de vía, constituido como riel largo soldado: Longitud: metros Riel UIC 54 Tr = 30 ºC [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 12 de 17

13 Tl = 10 C Los tramos contiguos, ya están liberados, y se pueden tomar como anclaje. Detalle asimismo, las máquinas y elementos que necesite y realice un esquema tipo diagrama de cargas que ejemplifique la situación. 4.5 Rampa máxima Calcule la rampa máxima que podrá tener un tramo entre dos estaciones, para las siguientes condiciones: Trenes eléctricos de 6 coches, con 2 coches tractivos en sus extremos. Cada coche tractivo posee 2 boguies tractivos, de 2 ejes cada uno con tracción en cada eje. Peso total de cada coche promedio: 80tn Número de ejes por coche: 4 Potencia por boguie motor: 400 CV Coeficiente de fricción: 0,13 Tramo recto sin curvas. Considerar velocidad constante. [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 13 de 17

14 5 Transporte Aéreo 5.1 Longitud de pista Dada una pista (ya construída): a) Es necesario determinar cuál será la aeronave crítica para las operaciones de despegue. Expresar la aeronave en función de su LCR. Datos de la pista: Longitud: 2500 m Tr: 30 Ts: 15 H x 0,0065 C/m H: 300 m Cota máxima: 20 m Cota mínima: 10 m b) Hubiera podido hacer el cálculo a partir de los ábacos de performance de aeronaves? [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 14 de 17

15 6 Transporte por agua 6.1 Defensas Se proyecta el sistema de defensas a colocar en un muelle perteneciente a una terminal de contenedores. Si el buque de diseño tiene un Tonelaje de Porte Bruto (TPB) igual a toneladas, estimar la energía que sería necesario absorber mediante las defensas referidas. Indicar claramente todas las hipótesis utilizadas en el desarrollo de los cálculos necesarios. 6.2 Obras de abrigo Se va a construir una obra de abrigo de talud tendido en un punto de la costa donde la altura de ola de diseño es H = 4,5 m. Indicar gráficamente una configuración posible de la sección transversal de la obra, describiendo todos los criterios empleados para seleccionar sus dimensiones geométricas principales y el tamaño de los componentes de cada una de las capas. (Fórmula de Hudson: W=(γ*H 3 )/(k r *(γ r 1) 3 *cotg(α)) [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 15 de 17

16 7 Planeamiento del transporte / Evaluación de proyectos 7.1 Evaluación económica de proyectos Un proyecto de mejoramiento de un camino tiene una inversión total de 10 millones de pesos y se considera que no posee valor residual. Se ha estimado que el mismo produce a lo largo de su vida útil incrementos en el excedente de los consumidores (de transporte) actuales por un total de 8 millones de pesos, de los consumidores inducidos por un total de 3 millones de pesos, e incrementos en los costos de mantenimiento vial por un total de 1 millón de pesos, todos calculados a valor presente descontados a una tasa del 10% anual. a) Calcule el VAN y la TIR del proyecto. b) Ayudado por la curva de demanda explique el concepto de excedente del consumidor de transporte. No olvide definir unívocamente la magnitud que se representa en cada eje coordenado y sus respectivas unidades. [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 16 de 17

17 8 CONTENIDO 1 Operación y control de los sistemas de transporte Sistemas de transporte guiado Sistemas de transporte guiado Regímenes de seguridad Tránsito Nivel de servicio de una autopista urbana Nivel de servicio de una autopista urbana Tránsito y evaluación económica de una mejora vial Nivel de servicio de una mejora vial Carriles exclusivos p/transporte público TRANSPORTE TERRESTRE DISEÑO GEOMÉTRICO Peralte Peralte Curvas verticales Curvas verticales Intersecciones Intersecciones Intersecciones Intersecciones Intersecciones Intersecciones Movimiento de suelos TRANSPORTE TERRESTRE PAVIMENTOS Trazado y construcción de un camino nuevo FERROCARRILES Curvas horizontales Estación de bloqueo Rampa máxima Rieles soldados Rampa máxima Transporte Aéreo Longitud de pista Transporte por agua Defensas Obras de abrigo Planeamiento del transporte / Evaluación de proyectos Evaluación económica de proyectos CONTENIDO...17 [68.07] Ingeniería del Transporte Departamento de Transporte FI UBA Página 17 de 17