UNIDAD II. Criterios y controles de diseño Factores que controlan el diseño según AASHTO y normas venezolanas.

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1 UNIDAD II. Criterios y controles de diseño Factores que controlan el diseño según AASHTO y normas venezolanas. 2.1 Introducción El diseño vial se basa en varios estándares y controles que a su vez dependen de una serie de otra serie de factores. Esos factores se enumeran a continuación y se describirán posteriormente: La clasificación funcional de la vía que se esta diseñando El volumen esperado de tránsito y la composición vehicular La velocidad del diseño La topografía del área en la cual se va a ubicar la vía El nivel de servicio que se va a suministrar El presupuesto disponible La seguridad Los factores sociales y ambientales Con frecuencia estos factores están interrelacionados. Por ejemplo, la velocidad de diseño depende de la clasificación funcional y ésta a su vez del volumen de transito esperado. La velocidad de diseño también puede depender de la topografía, especialmente en casos en los que se disponga de un presupuesto limitado. Sin embargo, en general los principales factores que se usan para determinar los estándares con los cuales se va a diseñar una vía específica, son el vehículo de diseño, el volumen esperado de transito, la velocidad de diseño y el nivel de servicio que se va a suministrar. Estos factores aunados con las características básicas de los conductores, los vehículos y la vía, se emplean para determinar los estándares para las características geométricas de la vía como la sección transversal y los alineamientos horizontal y vertical. Por ejemplo, deben seleccionarse estándares geométricos apropiados para conservar un nivel deseado de servicio, para una distribución proporcional conocida de los diferentes tipos de vehículos. La selección del conjunto apropiado de los estándares de diseño geométrico, es el primer paso del diseño de cualquier carretera. Esto es esencial porque no se puede usar un solo conjunto de estándares geométricos para todas las carreteras. Por ejemplo, los estándares geométricos que pueden ser adecuados para una vía panorámica de montaña con un promedio bajo de tránsito diario, son inadecuados para una autopista que desaloja tránsito pesado. Por lo tanto, deben considerarse las características de la vía al seleccionar los estándares de diseño geométrico. 16

2 2.2 Vehículo de diseño Definición Son vehículos seleccionados con el peso, dimensiones y características operativas usadas para establecer los controles de diseño de carreteras. Son controles de diseño: ancho del canal de circulación, alineamientos, pendientes, distancias de visibilidad Tipos de vehículos Carros de pasajeros: vehículos de cinco puestos, vehículos ligeros y camiones ligeros (vans y pick ups) Vehículos pesados o camiones: unidades simples (350 y 750), combinaciones de camiones tractores con semitrailer y camiones tractores con semitrailer combinados con trailer. Buses/vehículos recreacionales: unidades simples, articuladas, buses escolares y motor homes. A los fines de diseño, cada vehículo de diseño tiene dimensiones físicas y radio de giro mayores que cualquier vehículo de su clase Clasificación de los vehículos de diseño De acuerdo a Norvial: Vehículos livianos (P): tienen dos ejes, cuatro ruedas y chasis rígido; se usan para transporte de pasajeros y carga liviana (5 y 6 puestos, Vans y pick ups). Camión (SU): vehículo de dos ejes y seis ruedas usados para carga pesada o pasajeros (camiones volteos, estacas y busetas). Semiremolques y remolques (WB-12, WB-15, WB-18): camiones tractores con un semiremolque articulados y camiones tratores con semiremolque mas remolque (gandolas). Bus (BUS): vehículos destinados al transporte de pasajeros entre ciudades. Pueden ser rígidos o articulados. En Estados Unidos existen 15 vehículos de diseño. Incluye todos los anteriores más WB-19, WB- 20, WB-29 (triple trailer), WB-35 (camión tractor con doble trailer), Motorhome (MH), motorhome con trailer (MH/T), motorhome con bote (MH/B), pasajero con trailer (P/T), y pasajero con bote (P/B). 17

3 Características consideradas para el diseño Características físicas Radio mínimo de giro y dimensiones Radio descrito por el borde exterior delantero contrario al lado hacia el cual se gira. Corresponde a velocidades no mayores de 15 Km/hr. Depende principalmente del tamaño del vehículo Tablas 6.1 y 6.2 del Norvial muestran dimensiones y radios de giro Figuras 6.1 a 6.6 presenta las trayectorias de los vehículos. Requerimientos geométricos de diseño para camiones y buses son más severos que para vehículos P, debido a que aquellos son más anchos y más largos. Características de rendimiento Aceleración y deceleración gobiernan el dimensionamiento de ciertas características como intersecciones, rampas de autopistas, rampas de frenado, pendiente, canales de paso y bahías de giro para autobuses. Vehículo P raramente controla el diseño ya que posee buenas características de rendimiento. Proceso de Frenado: se puede determinar las distancias de frenado y parada para cada vehículo. Movimiento en curva: permite estimar los radios de las curvas y las velocidades máximas permisibles en esas curvas. Relación peso/potencia: permite estimar las pendientes longitudinales admisibles. Luces delanteras: alcance visual nocturno para determinar longitudes mínimas en curvas verticales cóncavas Escogencia del vehículo tipo de diseño Conocer la composición del tránsito y estimar la cantidad de vehículos que giran. Escoger el vehículo de diseño más grande que utilice la vía con cierta frecuencia. Depende del buen juicio del Ingeniero proyectista y de las características particulares de cada intersección. 2.2 Volúmen de tránsito Definiciones: TPD: Tránsito promedio diario. Volumen total en un año dividido entre el número de días que tiene un año. 18

4 Volumen en hora pico: volumen máximo horario de una serie de volúmenes observados consecutivamente en un día. Volumen de diseño: Trigésimo volumen horario del año V 30 = K x TPD x D K = 12% 15% para vías arteriales rurales 18% En vías urbanas se usa el volumen en hora pico Proyección del tránsito: Las carreteras nuevas o los mejoramientos de las existents se deben diseñar con base en el tránsito que se espera que va a usarlas. Es deseable, entonces, que el diseño se haga para acomodar el volumen de tránsito que se espera que se presente en el último año de vida útil de la vía, con mantenimiento razonable, suponiendo que el volumen esperado para cada año es mayor que el del año anterior. La determinación del tránsito futuro es lo que se llama proyección del tránsito. Los volúmenes de tránsito future para diseño se derivan de la corriente de tránsito actual y del crecimiento esperado de esa corriente durante el periodo seleccionado para el diseño. Los componentes del tránsito futuro son: 1. El tránsito actual, compuesto de a. El tránsito existente y b. El tránsito atraido. 2. El increment del tránsito, conformado por a. El crecimiento normal b. El tránsito inducido c. El tránsito atraido. El tránsito actual es aquel que utilizaría la carretera nueva o mejorada si ahora se pusiera en servicio. El tránsito existente es el que está utilizando la carretera antes de la mejora. En el caso de una carretera nueva el tránsito existente no existe. El tránsito atraido es el que viene de otras vías al terminar de construirse la carretera o al completarse las mejoras. Así, el volumen de tránsito que empieza a usar una carretera nueva es completamente atraido. 19

5 Para determinar el tránsito normal se puede utilizar alguno de los siguientes procedimientos, según el tipo de carretera y su localización: a. Contar los volúmenes de tránsito de carreteras existents que puedan afectar el volumen de tránsito de la mejora. b. Realizar studios de origen y destino en las propias vías. c. En areas urbanas o suburbanas, realizar estudios de origen y destino mediante entrevistas domiciliarias. Establecido el tránsito actual, se debe determinar el volumen futuro aplicando los incrementos correspondientes al crecimiento normal, al tránsito inducido y al de desarrollo. El crecimiento normal del tránsito es el incremento en el volumen vehicular 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 y cese ese crecimiento. El crecimiento normal se estima mediante la extrapolación de las estadísticas de tránsito existentes. Se revisan tendencias de crecimiento normal. Tiene la desventaja de que en la demanda futura no se toman en cuenta los cambios que ocurren en el tiempo. El tránsito inducido consiste en los viajes de vehículos diferentes de los de transporte público, que no se habrían realizado si la vía no se hubiera hecho o mejorado. Comprende lo siguiente: los viajes que de ninguna manera se hubieran hecho antes; los que antes se hubieran hecho por transporte público, y los viajes que anteriormente se hubieran hecho a otros sitios y que ahora se realizan por la comodidad de la nueva vía y no por cambio en los usos del terreno. Es poca la información que se puede obtener sobre el tránsito inducido; al hacer los estudios generalmente quedan incluidas otras formas de crecimiento. La mayor parte de este volumen se presenta dentro de los primeros años de vida de la vía y se considera que puede tener valores del 5% o ligeramente mayores en relación con el volumen de tránsito normal. Este volumen depende de los usos adyacentes, de las actividades que realizan los usuarios y de los tiempos de viaje, comodidad y seguridad que ofrece la nueva vía. El tránsito de desarrollo es el debido a mejoras en las zonas adyacentes que no se habrían presentado si la carretera no se hubiera construido o mejorado. Este componente del tránsito futuro se continúa presentando por muchos años, después de 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. Este volumen es generado por los desarrollos que ocurren en la tierra y solo puede determinarse si se dispone de un plan regional del uso de la tierra. 20

6 El desarrollo de la zona se puede estudiar con mapas que presenten los usos actuales de la tierra y sus posibles mejoras, y los mapas de los usos futuros, con los cuales se puede predecir el número de viajes que generarían esos usos y la proporción de ellos entre los diversos puntos de origen y destino Período de proyecto Es dificil determinar la vida útil de una carretera, puesto que cada una de sus partes está sujeta a variaciones en su vida esperada, por varias causas, como obsolecencia, cambios inesperados en los usos del terreno, etc. Se considera que la zona o derechos de vía tiene una vida de 100 años (para los cálculos económicos); el pavimento, entre 10 y 30 años; los puentes, entre 25 y 100 años, y las estructuras de drenaje menores, de 50 años, siempre suponiendo un mantenimiento adecuado. Es muy discutible el establecimiento del tiempo para el cual debe hacerse el diseño de una carretera; esta decisión está muy influida por el aspecto económico. Por ejemplo, una carretera se puede diseñar para un lapso de 50 años, sabiendo que el pavimento debe reemplazarse a los 25 años; pero si el costo adicional con respecto al diseño para sólo 25 años es apreciable, no sería prudente hacerlo, pues el sobrecosto podría estar produciendo, por ejemplo, intereses durante 25 años, antes de que la carretera más costosa se haga necesaria. Por otra parte, no es conveniente diseñar para un tiempo mayor que aquel para el cual se pueda estimar el tránsito esperado con precisión razonable. Muchos proyectistas creen que el período de diseño debe estar entre 15 y 25 años; 20 años es el valor usado con mayor frecuencia. Estimar el volumen de tránsito para un tiempo mayor generalmente no se justifica, por causa de los posibles cambios de la población, la economía o el desarrollo de la región, que harían que las predicciones fallaran Fórmulas para proyectar V f = V 0 (1 + t) n V f : volúmen futuro, V 0 : volúmen actual o del año base t : tasa de crecimiento interanual, n : número de años entre volúmen base y volumen futuro 21