SEMANA III

TRAZO EN PLANTA

El trazado en planta de una carretera o calzada se compondrá de la adecuada combinación de los siguientes elementos: alineación recta (o recta), alineación circular (o curva circular) y curva de acuerdo (o curva de transición). Se incluyen las distintas combinaciones de elementos curvos que podrán ser utilizadas en los proyectos de carreteras.

La combinación de una alineación circular y sus curvas de acuerdo suele denominarse abreviadamente alineación curva (o curva).

La definición del trazado en planta se referirá a un eje, que fija un punto en cada sección transversal, para cuya definición en general y salvo justificación en contrario, se adoptará:

Carreteras de calzadas separadas:

• El centro de la mediana, si ésta fuera de ancho constante o con variación de ancho aproximadamente simétrica teniendo en cuenta futuras ampliaciones.
• El borde interior del carril más próximo a la mediana para cada una de las calzadas.
• El borde interior de la plataforma más próximo a la mediana para cada una de las plataformas.
• El borde interior del carril más próximo a la mediana con la sección transversal ampliada cuando se prevea un aumento de carriles a costa de la mediana.
• El borde interior de la plataforma más próximo a la mediana con la sección transversal ampliada cuando se prevea un aumento de carriles a costa de la mediana.
• El borde interior de la calzada a proyectar en el caso de duplicaciones, teniendo en cuenta futuras ampliaciones.
• El borde interior de la plataforma a proyectar en el caso de duplicaciones, teniendo en cuenta futuras ampliaciones.

Carreteras de calzada única y doble sentido de circulación:

• El centro de la calzada, sin tener en cuenta eventuales carriles adicionales (centro de la marca vial de separación de sentidos).

Carreteras de calzada única y sentido único de circulación:

• Cualquiera de los bordes de la calzada (con uno o más carriles).

RECTAS.

La alineación recta es un elemento de trazado que está indicado en carreteras convencionales para obtener suficientes oportunidades de adelantamiento y en cualquier tipo de carretera para adaptarse a condicionamientos externos obligados (infraestructuras existentes, condiciones urbanísticas, terrenos llanos, etc.).

LONGITUDES MÍNIMA Y MÁXIMA.

Para que se produzca una acomodación y una adaptación a la conducción, se procurará limitar las longitudes mínimas de las alineaciones rectas.

Asimismo para evitar problemas relacionados con el cansancio, los deslumbramientos, los excesos de velocidad, etc., se procurará limitar las longitudes máximas de las alineaciones rectas.

En caso de disponerse el elemento alineación recta, se procurará que las longitudes mínima y máxima, en función de la velocidad de proyecto (Vp), sean las obtenidas de las expresiones siguientes:

Siendo:

Lmin,s = Longitud mínima (m) para trazados en "S" (alineación recta entre alineaciones curvas con radios de curvatura de sentido contrario).

Lmin,o = Longitud mínima (m) para el resto de casos (alineación recta entre alineaciones curvas con radios de curvatura del mismo sentido).

Lmax = Longitud máxima (m).

Vp = Velocidad de proyecto del tramo (km/h).

En la Tabla 4.1 se incluyen los valores de estas longitudes para diferentes valores de la velocidad de proyecto (Vp).

Se emplearán alineaciones rectas, en general, en coincidencia con nudos y tramos singulares que así lo justifiquen y, en particular, en terrenos llanos, en valles de configuración recta y por conveniencia de adaptación a otras infraestructuras lineales y además, en carreteras convencionales, en las proximidades de cruces y tramos de detención obligada.

RECTA DE LONGITUD LIMITADA.

Se considerará que una alineación recta situada entre dos alineaciones curvas (constituidas por las curvas de acuerdo y la curva circular) es de longitud limitada, si la velocidad máxima alcanzable en ella se ve condicionada por la presencia de dichas alineaciones curvas. Si la longitud de la alineación recta fuera superior a la limitada, el conductor del vehículo podrá adoptar la velocidad máxima alcanzable en dicha alineación recta conforme a sus propias preferencias sobre la conducción y las limitaciones de velocidad señalizadas.

En la Tabla 4.2 se incluyen los valores máximos de las longitudes de las alineaciones rectas para ser consideradas como recta de longitud limitada.

TRAMO EN TANGENTE

DISTANCIAS DE VISIBILIDAD: DISTANCIA DE PARADA, DISTANCIA MÍNIMA ENTRE DOS VEHÍCULOS.

CONCEPTO DE VISIBILIDAD

El trazado de una carretera, tanto en planta y alzado como la sección tipo adoptada, se diseña en relación directa con la velocidad a la que se desea que circulen los vehículos en condiciones de comodidad y seguridad aceptables. A su vez, la velocidad de proyecto adoptada debe estar definida en los estudios de carreteras correspondientes, en función de los siguientes factores:

• Las condiciones topográficas y del entorno.
• Las consideraciones ambientales.
• La consideración de la función de la vía dentro del sistema de transporte.
• La homogeneidad del itinerario o trayecto.
• Las condiciones económicas y las distancias entre accesos y el tipo de los mismos.

En cualquier punto de la carretera el usuario tiene una visibilidad que depende, sin considerar las capacidades psicofísicas de los conductores, su experiencia u otros factores relacionados con la atención durante la conducción, por un lado, de la forma, dimensiones y disposición de los elementos de trazado, y por otro de la velocidad del vehículo. Además, para cada tipo de maniobra que realice el conductor se necesita una visibilidad mínima. Por tanto, para determinar la visibilidad mínima exigible de un tramo de carretera habrá que considerar qué maniobras se van a realizar y cuál es la velocidad de los vehículos en ese tramo.

En la fase de diseño de una vía habrá que considerar la velocidad de proyecto y las maniobras permitidas para garantizar que en todo punto se dispone de la  visibilidad que exige la normativa.

Análogamente, si un tramo no dispone de visibilidad suficiente para realizar una determinada maniobra, ésta deberá prohibirse. Sin embargo, en cualquier tramo de carretera se debe disponer como mínimo de la visibilidad de parada en todos sus puntos.

La normativa que regula los aspectos técnicos de la visibilidad es la Norma 3.1-IC de Trazado, de la Instrucción de Carreteras, aprobada por Orden del Ministerio de Fomento de 27 de diciembre de 1999, cuyo objeto es la definición de la redacción de estudios en materia de trazado que proporcionen unas características adecuadas de funcionalidad, seguridad y comodidad de la circulación compatibles con consideraciones económicas y ambientales. En este marco, cobra especial importancia las especificaciones de visibilidad.

La instrucción considera las siguientes visibilidades: de parada, de adelantamiento y de cruce. El planteamiento que realiza la Norma en el cálculo de la visibilidad es análogo para las tres: en primer lugar se define la distancia de la maniobra (de parada, adelantamiento o cruce) como la longitud necesaria para que un vehículo tipo que circula a la velocidad de proyecto realice la maniobra una vez que toma la decisión de realizarla, y posteriormente se define la visibilidad de la maniobra como la visibilidad real que un conductor dispone en un determinado punto, considerando determinados parámetros como por ejemplo posición del punto de vista o condiciones de iluminación. Si la visibilidad de maniobra supera a la distancia de maniobra, se permitirá la misma, en caso contrario deberán adoptarse las medidas pertinentes (prohibir la maniobra, reducir la velocidad en ese tramo, modificar el trazado de la vía, etc).

• VISIBILIDAD CON NIEBLA:

Las nieblas con una visibilidad entre 100 y 200 m afectan sensiblemente a la conducción segura de los usuarios de la vía, por lo que la señalización dinámica basada en el establecimiento de separaciones mínimas, uso del alumbrado antiniebla y recomendación de una serie de velocidades máximas ayudarán al conductor a adoptar las medidas de seguridad y de atención en la conducción óptimas.

Las nieblas con una visibilidad inferior a 100 m afectan de manera drástica y acusada a la seguridad vial de los usuarios de la vía, e incluso, a la propia fluidez del tráfico, por lo que se hace necesaria una señalización dinámica basada en el establecimiento de separaciones mínimas, uso del alumbrado antiniebla y recomendación de una velocidad máxima aconsejable inferior a 70 Km/h, e incluso, si se estima necesario, limitación de la velocidad.

DISTANCIA DE PARADA Y VISIBILIDAD DE PARADA

• DISTANCIA DE PARADA:

Se define como distancia de parada (Dp) la distancia total recorrida por un vehículo obligado a detenerse tan rápidamente como le sea posible, medida desde su situación en el momento de aparecer el objeto que motiva la detención. Comprende la distancia recorrida durante el tiempo de percepción y reacción y el de frenado.

En la Instrucción se establece una ecuación con dos sumandos: el primero es el espacio recorrido por el vehículo a la velocidad de proyecto durante el tiempo de percepción y reacción, y el segundo el es espacio recorrido mientras dura la aplicación de los frenos hasta la detención total.

                   Dp = Dpr + Df

Siendo:

Dp:      distancia de parada.

Dpr:     distancia de percepción y reacción.

Df:       distancia de frenado.

El tiempo de percepción y reacción es el tiempo preciso para divisar un objeto en la calzada y reaccionar aplicando los frenos oscila entre 0,5 y 1 segundo, dependiendo de las características del conductor, condiciones meteorológicas, características del objeto, etc. Sin embargo, en la práctica y, a efectos de cálculo de la distancia de parada, se consideran normalmente valores superiores. Así, la AASTHO (American Association of State Highway and Transportation Officials) fija este tiempo en 1,5 segundos y la Instrucción Española en 2 segundos, cifra evidentemente conservadora. La distancia recorrida durante el tiempo de percepción y reacción es el producto de la velocidad inicial del vehículo por el tiempo de percepción y reacción (2 segundos).

D pr = V · t pr = V · 2 (v en m/s)

Por otro lado, el cálculo de la distancia de frenado será una aplicación inmediata del teorema de la conservación de la energía: igualando la energía cinética inicial a la energía de rozamiento disipada durante el frenado se puede deducir la distancia de frenado. Así resultará:

Ur . m . g . Df = 1/2 . m. v2 ---- Df  = v2 / 2 . g . Ur 

Siendo µr el coeficiente de rozamiento neumático-pavimento, m la masa del vehículo, g la aceleración de la gravedad (9,81 m/s2), Df la distancia de frenado y v la velocidad de circulación del vehículo (se adopta para el cálculo la velocidad de proyecto).

Si el frenado se produce en rampa o pendiente habrá que considerar además la inclinación de la rampa o pendiente (i) que adopta valores positivos si es rampa (pues se reduce la distancia de frenado) y negativos si es pendiente (aumenta la distancia de frenado): 

(Ur +-i) . m . g . Df = 1/2 . m . v2 ------  Df = v2 / 2 . g . (Ur +- i)

en la que,

V   : velocidad en km/h.

mr   : coeficiente de rozamiento longitudinal rueda – pavimento (adimensional).

i     : inclinación de la rampa o pendiente (en tanto por 1). 

g    : aceleración de la gravedad (9,81 m/s2).

tpr     : tiempo de percepción y reacción (s).

Por tanto, la distancia de parada resulta ser:

Dp = (V/ 3.6) . tpr  +  v2 / 254( Ur +- i )

El valor de mr es función de la velocidad del vehículo. La Instrucción Española 3.1.I.C. de Trazado, recoge los valores del coeficiente de rozamiento longitudinal para diferentes velocidades en una tabla. Para valores intermedios de velocidad se podrá interpolar linealmente en dicha tabla.

Si no se desea aplicar la fórmula, en la figura 3.1. de la Norma 3.1.-IC. Trazado, se representan los valores de la distancia de parada en función de la velocidad, para distintas inclinaciones de la rasante 

• VISIBILIDAD DE PARADA:

Se considera como visibilidad de parada la distancia a lo largo de un carril que existe entre un obstáculo situado sobre la calzada y la posición de un vehículo que circula hacia dicho obstáculo, en ausencia de vehículos intermedios, en el momento en que puede divisarlo sin que luego desaparezca de su vista hasta llegar al mismo.

La Instrucción 3.1.-IC. de Trazado, fija la altura del obstáculo sobre la calzada en 20 cm. y la altura del punto de vista del conductor sobre la calzada en 1,10 metros.

La distancia del punto de vista al obstáculo se medirá a lo largo de una línea paralela al eje de la calzada y trazada a 1,50 m. del borde derecho de cada carril, por el interior del mismo y en sentido de la marcha.

La visibilidad de parada se calculará siempre para condiciones óptimas de iluminación, excepto en el dimensionamiento de acuerdos verticales cóncavos, en cuyo caso se consideran las condiciones de conducción nocturna.

La visibilidad de parada será igual o superior a la distancia de parada mínima, siendo deseable que supere la distancia de parada calculada con la velocidad de proyecto incrementada en 20 Km/h. En cualquiera de estos casos se dice que existe visibilidad de parada.

Todos los puntos de un determinado trazado de cualquier carretera deben disponer de visibilidad de parada. En el caso de que las causas por las que no exista visibilidad de parada mínima sean suficientemente justificadas se establecerán medidas oportunas, como por ejemplo la reducción de velocidad de circulación mediante señalización fija.

DISTANCIA DE ADELANTAMIENTO Y VISIBILIDAD DE ADELANTAMIENTO

Antes de definir la distancia y visibilidad de adelantamiento, es fundamental conocer el concepto de distancia mínima de seguridad, necesario para el cálculo de aquellas.

• DISTANCIA MÍNIMA DE SEGURIDAD:

Cuando dos vehículos marchan a la misma velocidad, uno tras otro, ha de existir una distancia mínima entre ellos necesaria para que si el conductor que va delante aplica los frenos, el que le siga pueda detener su vehículo sin alcanzar al primero.

Puede suponerse que la deceleración es la misma para ambos vehículos durante el frenado. Si tpr es el tiempo de percepción y reacción del segundo conductor y L la longitud media normal de un vehículo, resultará que la distancia mínima de seguridad (s) es:

s = V·tpr + L

Considerando un tiempo de percepción en esta maniobra de 2 segundos y una longitud media de vehículo de 6 metros, se obtiene la siguiente expresión:

s = 2v / 3.6 + 6 = 0.555 . v + 6 

donde,

s  : distancia mínima de seguridad en m.

V  : velocidad de proyecto en Km/h.

Esta fórmula conduce, en general, a valores altos; así en la práctica, la AASTHO propone la fórmula:

s = 0,189 V +6 (s en m, V en Km/h.)

•  DISTANCIA DE ADELANTAMIENTO:

La distancia de adelantamiento (Da) es la necesaria para que un vehículo pueda adelantar a otro o a varios de ellos que marchen por su misma vía a menor velocidad, en presencia de un tercero que circula por sentido opuesto sin peligro de colisión y sin obligar a disminuir la velocidad a este último.

La distancia de adelantamiento es muy superior a la de parada (cerca de tres veces para carreteras de 2 carriles y doble sentido de circulación). Por ello, puede resultar difícil y costoso conseguir la visibilidad de adelantamiento a lo largo de todo el trazado, especialmente en terreno montañoso.

La distancia necesaria para el adelantamiento depende de múltiples factores tales como: velocidad de los vehículos que intervienen en la maniobra, pericia de los conductores, condiciones meteorológicas, etc.

Las Instrucciones de Carreteras fijan estas distancias bien en base a observaciones empíricas, bien admitiendo determinadas hipótesis en la forma de realizarse la maniobra de adelantamiento para obtener así fórmulas que permitan su cálculo.

Dada la mayor complejidad del cálculo de la distancia de adelantamiento frente a la de parada, la Instrucción española no desarrolla la formulación de cálculo, sino que ofrece una tabla donde a partir de la velocidad de proyecto se obtiene la distancia de parada . Sin embargo se considera interesante comentar brevemente la justificación matemática de los valores adoptados en la mencionada tabla, basada en las formulaciones de la AASTHO.

La AASTHO formula las siguientes hipótesis para el cálculo de dicha distancia de adelantamiento:

• Que el vehículo que va a ser adelantado marcha a velocidad uniforme.
• Que el vehículo que va a realizar la maniobra de adelantamiento se ve obligado a circular a la misma velocidad que el vehículo que va delante de él hasta llegar al tramo con la necesaria visibilidad de adelantamiento.
• Que al llegar a dicha zona, el conductor del vehículo que va a adelantar, debe disponer del tiempo necesario para percatarse de que no viene ningún vehículo en dirección contraria.
• Que la maniobra de adelantamiento se realiza acelerando durante toda ella.
• Que al iniciarse la maniobra de adelantamiento, aparece un vehículo en sentido opuesto, a la velocidad de proyecto del tramo, vehículo que llega a la altura del que ha efectuado el adelantamiento en instante en que éste termina su maniobra.

Teniendo en cuenta estas hipótesis se establece que la distancia de adelantamiento es una ecuación con tres sumandos, (como se observa en la figura 2 del anexo), según la expresión:

Da = D1 + D2 + D3

El primer sumando D1 se corresponde a la distancia recorrida por el vehículo que adelanta durante el tiempo de percepción y reacción (tpr) necesario para iniciar la maniobra de adelantamiento, lógicamente circulando a la misma velocidad del vehículo adelantado, que condiciona su movimiento. La AASTHO considera este t_pr igual a 3 segundos, ligeramente superior al de parada debido a la dificultad que entraña la toma de decisión de realizar el adelantamiento.

El segundo sumando corresponde a la distancia recorrida durante la maniobra de adelantamiento propiamente dicha, acelerando de forma constante desde la velocidad del vehículo adelantado durante el tiempo de duración de la maniobra de adelantamiento hasta rebasar al vehículo, más la distancia de separación de seguridad entre los dos vehículos, tanto al inicio como al final del adelantamiento.

El último sumando corresponde a la distancia recorrida por el por el vehículo que circula en dirección opuesta durante el tiempo que dura la maniobra de adelantamiento.

La diferencia de velocidad entre los vehículos adelantante y adelantado se estima en valores de 15, 20 y 30 Km/h, siendo 15 km/h el que mayor coeficiente de seguridad supone (pues implica una mayor duración del adelantamiento).

En cuanto a los valores de la aceleración los factores fundamentales que influyen son la velocidad específica, características mecánicas del vehículo y habilidad de los conductores. La AASTHO considera unos valores que se encuentran tabulados en función de la velocidad específica.

La fórmula adoptada por la Instrucción española se obtiene a partir de la fórmula AASTHO, utilizando el valor de diferencia de velocidad entre vehículos de 15 Km/h. Es, por consiguiente, una fórmula de carácter conservador. Con la aplicación de esta fórmula se llega a los valores de la tabla 3.2 de la Instrucción una vez redondeadas las distancias obtenidas.

• VISIBILIDAD DE ADELANTAMIENTO:

Se considerará como visibilidad de adelantamiento la distancia que existe a lo largo del carril por el que se realiza el mismo entre el vehículo que efectúa la maniobra de adelantamiento y la posición del vehículo que circula en sentido opuesto, en el momento en que puede divisarlo, sin que luego desaparezca de su vista hasta finalizar el adelantamiento.

La Instrucción de Carreteras 3.1.- IC. Trazado considera que el punto de vista del conductor al igual que el del vehículo contrario se sitúa a un metro con diez centímetros (1,10 m) sobre la calzada.

La distancia entre el vehículo que adelanta y el que circula en sentido opuesto, se medirá a lo largo del eje de la carretera.

Se procurará obtener la máxima longitud posible en que la visibilidad de adelantamiento sea superior a la distancia de adelantamiento (Da) en carreteras de dos sentidos en una calzada. Donde se obtenga, se dice que existe visibilidad de adelantamiento y su proporción deseable será del cuarenta por ciento (40%) por cada sentido de circulación y lo más uniformemente repartido que se pueda.