Carreteras I: Preguntas sobre diseño geométrico, niveles de servicio y características de rampas

CIV-3323 carreteras I 1
Facultad nacional de ingeniería
Carrera de Ingeniería Civil
CIV 3323 (CARRETERAS I)
1º EXAMEN PARCIAL
1.- Indicar las características fundamentales de una autopista.
2.- ¿Que significan los proyectos de mejoramiento y que actividades se efectúan?
3.- ¿Qué características importantes tiene la resistencia por rodadura?
4.- ¿Cuáles son las variables que influyen en la resistencia por aire y como son sus
características?
5.- ¿A que condiciones atmosféricas responde la potencia de un motor?
6.- ¿Cuáles son las relaciones usadas por Firey Peterson, para determinar las
características operacionales de los vehículos en rampas?
7.- ¿Qué es la demanda horaria y que importancia tiene en el diseño de carreteras?
8.- ¿Qué es la velocidad percentil 85 y que importancia tiene en el diseño de
carreteras?
9.- ¿Qué significa la capacidad de un carretera o camino?
10.- ¿Qué significa el Nivel B E de servicio de una carretera?
11.- Determinar la longitud de rampa para un camión de 150 HP de potencia, cuyo peso
del vehículo es de 20000 (kg). Para la población de Coroico cuya elevación es de 1280
m.s.n.m. La velocidad de ingreso es de 80(km/hr), la velocidad de proyecto de
55(km/hr) y una pendiente máxima del +6,5%.
12.- Determinar la resistencia por inercia, para un vehículo cuyo peso es de 18(ton) y su
aceleración inicial es de 1.8 (km/hr.seg).
13.- En una carretera se desea determinar el Nivel de Servicio que esta tiene. Para lo
cual se hizo un aforo entre las 12:00 a 14:00 (hora pico de transito), cuyo resultado fue
de 2350 vehículos. Además determinar la relación I/C.

RESPUESTAS
1.- Indicar las características fundamentales de una autopista.
R.- Son carreteras diseñadas, desde su concepción original, para cumplir con las
características y niveles de servicio. Normalmente su emplazamiento se situa en
terrenos rurales y pasando a distancias razonablemente alejadas del entorno
suburbano que rodea las ciudades o poblados (circunvalación).
Están destinadas a servir al transito de paso, al que se asocian longitudes de viaje
considerables.
La sección transversal estará con puerta por dos o más carriles unidireccionales
dispuestos en calzadas separadas por un cantero central de al menos 13m.
En ellas se autoriza la circulación de vehículos motorizados especialmente diseñados
para el transporte de pasajeros y carga, quedando prohibida la circulación de
maquinaria agrícola y de construcción.
Las velocidades de proyecto, según el tipo de emplazamiento son:
 Terreno llano a ondulada medio 120[km/hr]
 Terreno ondulado fuerte 100[km/hr]
 Terreno montañoso 80[km/hr]
Las autopistas deben contar con control total de acceso, el distancionamiento entre
enlaces consecutivos deberá ser mayor o igual a 5,0[km].
2.- ¿Que significan los proyectos de mejoramiento y que actividades se efectúan?
R.- Consiste básicamente en el cambio de especificaciones y dimensiones de la vía o
puentes; para lo cual, se hace necesaria la construcción de obras en infraestructura ya
existente, que permitan una adecuación de la vía a los niveles de servicio requeridos
por el transito actual o proyectado. Comprende las actividades de:
 Ampliación de calzada
 Construcción de nuevos carriles
 Rectificación (horizontal y vertical)
 Construcción de obras de drenaje
 Construcción de estructura de pavimento
 Estabilización de afirmados o terraplenes
 Tratamientos superficiales o riegos
 Señalización vertical
 Demarcación lineal
 Construcción de afirmado o terraplenes.
3.- ¿Qué características importantes tiene la resistencia por rodadura?

R.- La resistencia a la rodadura de un neumático sobre la calzada es provocada
también por otras causas. Entre las más principales puede mencionarse:
 A la histéresis elástica y la inercia mecánica de las partes del neumático sujetas
a deformaciones del tipo elástico.
 A los deslizamientos entre neumático y calzada producidos, en general, en la
parte posterior de la imprenta.
 Al movimiento del aro comprimido dentro del neumático por efectos de las
deformaciones provocadas en la zona de contacto.
En las relaciones empíricas para su determinación la velocidad es directamente
proporcional a al resistencia y al presión de inflado con el peso del neumático son
inversamente proporcionales.
4.- ¿Cuáles son las variables que influyen en la resistencia por aire y como son
sus características?
R.- La resistencia por aire es directamente proporcional a las siguientes variables
Siendo:
Ra = Resistencia por aire en [kg]
Cx = Coef. De forma, que depende de la forma geométrica del vehículo, cuyo valor es
de 0.15 – 1.25.
S = Proyección del vehículo sobre un plano normal al del movimientos en (m2), y se
puede determinar a partir de la siguiente formula:
b = ancho máximo del vehículo en [m].
h = altura máximo del vehículo en [m].
Densidad del aire [kg/m3];
Siendo Kg/m3 a 15ºC y 760 [mmHg] al nivel del mar.
V = Velocidad del vehículo en (m/s).
5.- ¿A que condiciones atmosféricas responde la potencia de un motor?
R.- La potencia de un motor esta establecida para determinadas condiciones
atmosféricas, que responden a las siguientes exigencias:
a) Aire seco, de composición volumétrica constante a todas las alturas: 78.03% N2;
20.99% O2; 0.94% Ar; 0.04% CO2.
b) Temperatura al nivel del mar tn = 15ºC (tn = 288ºK)
c) Presión barométrica al nivel del mar reducida a 0ºC, igual a 760 [mmHg].
d) Aceleración de la gravedad g= 980.62 [cm/s2]
6.- ¿Cuáles son las relaciones usadas por Firey Peterson, para determinar las
características operacionales de los vehículos en rampas?

R.- En 1963, desarrollaron curvas de diseño de las características operacionales de los
vehículos en rampas. Se parte de la siguiente relación:
Ft = Esfuerzo de tracción de la unidad matriz
Fr = Resistencia al rodamiento
P = Peso bruto del vehículo
La fuerza de tracción Ft es:
E = Potencia del motor, con la válvula totalmente abierta.
Vmax = Velocidad máxima del vehículo [Km/hr].
Resistencia al rodamiento:
Finalmente se ha adoptado el siguiente rango límite:
 Relación Peso/Potencia: 91 Kg/HP a 181 Kg/HP
 Peso bruto del vehículo: 13.6 ton – 31.8 ton.
 Pendiente de carretera: -8% a + 8%.
 Radios equivalentes de curvas verticales: R = 762m a R = 6092m.
7.- ¿Qué es la demanda horaria y que importancia tiene en el diseño de
carreteras?
R.- La demanda horaria se cuantifica a través del volumen horario de diseño (VHD),
que cuantifica el alto transito en las carreteras y caminos.
El VHD deberá obtener a partir de una ordenación decreciente de los mayores
volúmenes horarios registrados a lo largo de todo un año. Se toma como máximo valor
el trigésimo valor, algunos países adoptan para el diseño la hora 100.
8.- ¿Qué es la velocidad percentil 85 y que importancia tiene en el diseño de
carreteras?
R.- Es aquella velocidad NO superada por el 85% de los usuarios en un tramo de
características homogéneas, bajo condiciones de transito prevalecientes, estado del
pavimento, meteorológica y grado de relación de este con otras vías y con la propiedad
adyacente.
La importancia que tiene es el de tomar previsiones en el diseño geométrico, ya que
normalmente se supera la velocidad de proyecto en areas rurales, lo que hace que el
diseño de los elementos se toman velocidades mayores por lo menos en un 20%.
9.- ¿Qué significa la capacidad de una carretera o camino?
R.- Se define como la intensidad máxima de vehículos que pueden pasar por una

sección de un camino, bajo las condiciones prevalecientes del transito y del camino.
Normalmente se expresa como un volumen horario cuyo valor no se puede sobrepasar
a no ser que las condiciones prevalecientes cambien.
Como valores de referencia máximos absolutos” capacidad en condiciones ideales”:
 camino bidireccional de dos carriles: 2800 vehículos/hora (total ambos carriles).
 Camino unidireccional con al menos dos carriles para transito en el mismo
sentido: 220 vehículos livianos/ hora (por carril).
Las cifras mencionadas representan valores medios determinados mediante procesos
de medición directa y son validos internacionalmente.
10.- ¿Qué significa el Nivel B E de servicio de una carretera?
R.- NIVEL “B”: representa la condición de flujo estable. Los conductores aun pueden
seleccionar sus velocidades con libertad razonable. Todo usuario que desee podrá
desarrollar velocidades de operación iguales o mayores que 88[Km/hr]. La razón I/C
puede alcanzar el valor de 0.27 (750 Vehículos/hr) y el tiempo demorado es menor al
45%.
NIVEL “E”: representa la capacidad del camino o carretera y por lo tanto el volumen
máximo absoluto que puede alcanzarse en la vía de estudio. El lujo es inestable, con
velocidades de operación de orden de 72 [km/hr]. El nivel E representa una situación de
equilibrio limite y no un rango de velocidades y volúmenes como en los niveles
superiores. La razón I/C alcanza el valor de 1.0 (2800 vehículos/hora) y el tiempo de
demora fluctua entre 75 a 100%.
11.- Determinar la longitud de rampa para un camión de 150 HP de potencia, cuyo
peso del vehículo es de 20000 (kg). Para la población de Coroico cuya elevación
es de 1280 m.s.n.m. La velocidad de ingreso es de 80(km/hr), la velocidad de
proyecto de 55(km/hr) y una pendiente máxima del +6,5%.
R.-
Lugar o
región
Elevación Factor de
corrección altura y
temperatura
Valor de la
Potencia
motor
Relación
Peso/Potencia
Coroico 1280 0.871 130.65 153.08

12.- Determinar la resistencia por inercia, para un vehículo cuyo peso es de
18(ton) y su aceleración inicial es de 1.8 (km/hr.seg).

13.- En una carretera se desea determinar el Nivel de Servicio que esta tiene. Para
lo cual se hizo un aforo entre las 12:00 a 14:00 (hora pico de transito), cuyo
resultado fue de 2350 vehículos. Además determinar la relación I/C.
R.-
 Como el aforo duro 2 horas, entonces la intensidad será:
 De acuerdo al resultado obtenido:
NIVEL C:
 La relación I/C, será:

CIV-3323(CARRETERAS-I)
2º EXAMEN PARCIAL
1. Para la curva compuesta de 3 centros, considerar la siguiente información:
Coordenadas del
300N , 500E. Con esta información calcular las progresivas y coordenadas de los puntos I.C. y
F.C.

Calculo de longitudes de curva para

CIV-3323 carreteras I
10
P.A. P.I. Azimut D.H. Coord. Parciales Coord.
Totales
P.A.
Rumbo Norte Este
300,00 500,00 P.I.
N.M. 349,132
-211,113 -278,829 88,887 221,171I.C.
300,00 500,00 P.I.
N.M. 342,178
-310,119 +144,611 -10,119 644,611F.C.

11
2. Deducir la formula u luego calcular el sobre ancho, para una curva circular, con calzada de
dos carriles (en ambos sentidos), cuyo ancho de carril es de
vehiculo tipo de acuerdo
al siguiente croquis.
a
b
c
L
Del croquis:

12
3. Para un esquema dado en el croquis adjunto, se tiene que la diferencia de evaluaciones
entre la rasante y la curva es de sobre la progresiva 3+050. Calcular la pendiente
de la tangente de salida que acomoda a la anterior situación.
EXAMEN FINAL
1. Diseñar y replantear la curva horizontal tomando en cuenta los datos
planteados en el croquis
datos
 =118º
 =221º
 =201º
AB=53[m]
Prog PI=0+603
Replanteo c/20 [m]
3

3

1

2


A

B
C
PI


13
SOLUCIÓN
1)
 
 
!
!
º
180
º
180
2
180
º
21
º
51
º
118
;
3
;
2
180
2
1
ok
n
n
n









 


º
41
180
221
180
1
1
1









º
21
180
201
180
2
2
2









2) º
59
2
/
118
2
/
sec 3
3 



 


triz
Bi
3) En el triangulo A,PI,B por ley de cosenos
 
 
m
sen
sen
A
PI
m
sen
sen
B
PI
A
PI
sen
B
PI
sen
sen
51
.
21
53
*
º
118
º
21
38
.
39
53
*
º
118
º
41
º
21
º
41
53
º
118










4) En el triangulo A,PI,C
 
 
m
sen
sen
AC
m
sen
sen
C
PI
AC
sen
C
PI
sen
sen
72
.
18
51
.
21
*
º
80
º
59
33
.
14
51
.
21
*
º
80
º
41
º
59
º
41
51
.
21
º
80
º
80
º
59
º
41
º
180
º
180
º
59
º
41


















5) En el triangulo C,PI,B
   
m
BC
m
C
PI
BC
sen
C
PI
sen
sen
28
.
34
;
33
.
14
º
59
º
21
38
.
39
º
100
º
100
'
º
59
º
21
º
180
'
º
180
º
59
º
21
'
















6) Verificación en el punto 4) y 5) C
PI  es el mismo.
A
PI
B
º
118
º
41 º
21
m
53
PI
C
A
º
41 
º
59
PIC
51
.
21
AC
38
.
39
'
 º
21
º
59
PI
B
C

14
!
!
53
53
53
28
.
34
72
.
18
OK
AB
BC
AC





7)
º
62
118
180
180






 
NOTA.- no se trata de una curva compuesta cono se ce en la figura, además
se puede afirmar que la externa de una curva se encuentra en la bisectriz
del complemento de la deflexión o sea  
3
2
/ 
  por lo que se puede
afirmar que C
PI  es la externa
8) 











 















 
 1
2
sec
1
2
sec Rc
C
PI
Rc
E
 
m
Rc
C
PI
Rc 86
1
2
º
62
sec
33
.
14
1
2
sec




























 


9) Características geométricas. De la curva circular simple (derecha)
 
 
 
'
'
29
'
19
º
13
86
10
*
2
10
*
2
06
.
93
180
62
*
86
*
180
*
*
59
.
88
2
62
*
86
*
2
2
*
2
67
.
51
2
62
*
86
2
*



























arcsen
Rc
arcsen
G
m
Rc
Lc
m
sen
sen
Rc
C
m
tg
tg
Rc
T


10)Calculo de progresiva
 
  39
.
644
0
06
.
93
33
.
551
0
33
.
551
0
67
.
51
603
0














Lc
PC
prog
PT
prog
T
PI
prog
PC
prog

15
11)Replanteo de la curva
ESTACION PROGRESIVA L LACUMULADA ΦPARCIAL ΦTOTAL
PC 0+551.33 - - - -
0+560.00 8.67 8.67 02º53º17.3º 02º53º17.3º
0+580.00 20.00 28.67 06º39º44.5º 09º33º01.8º
0+600.00 20.00 48.67 06º39º44.5º 16º12º46.3º
0+620.00 20.00 68.67 06º39º44.5º 22º52º30.8º
0+640.00 20.00 88.67 06º39º44.5º 29º32º15.3º
PT 0+644.39 4.39 93.06 01º27º44.6º
30º59º59.9º≈31º
OK!!
C.A.
67
.
8
20
º
29
º
19
º
13
1 

X
º
29
º
19
º
13
*
20
39
.
4
º
29
º
19
º
13
*
20
67
.
8
2
1


X
X
2
'
'
2
'
'
2
2
1
1
X
X




2
G


2. Diseñar y replantear una curva vertical simétrica convexa aplicando el
método directo para los siguientes datos
DATOS
Vd=85[km/hr]
Prog PIV=3+005.5
Elec PIV=3476.3
c/20[m]
Tangentes obligatoria a-d y d-g
SOLUCION
1) Calculo de pendientes y progresivas
3
.
3476

d
5
.
005
3

PIV
9
.
3471

a
0
.
3473

b
7
.
3474

c 2
.
3473

e
8
.
3469

f
4
.
3467

g
30 30
30 40 20 40
%
m

%
n

E

16
%
9
.
9
%
100
*
100
3
.
3476
4
.
3467
%
%
4
.
4
%
100
*
100
9
.
3471
3
.
3476
%









n
n
m
m
NOTA.- esta es una curva asimétrica donde L1>L2
2) %
3
.
14
4
.
4
9
.
9
%
%
% 





 m
n
A
   
 
m
E
L
L
L
L
L
L
A
E 387
.
3
90
100
*
2
90
*
100
*
90
;
100
;
*
2
*
* 100
3
.
14
2
1
2
1
2
1









3) Calculo de progresivas
 
  5
.
95
.
0
3
90
5
.
005
3
5
.
905
2
100
5
.
005
3
2
1














L
PIV
prog
PTV
prog
L
PIV
prog
PCT
prog
4) Calculo de elevación
4
.
3467
90
100
%
9
.
9
3
.
3476
100
%
9
.
3471
100
100
%
4
.
4
3
.
3476
100
%
2
1











L
n
PIV
elev
PTV
elev
L
m
PIV
elev
PCT
elev
5) Replanteo de la curva
PROGRESIVA DISTANCIA
Xi
DIST.
ACUM.
E
L
Xi
Yi *
2
1









ELEV.
TANGENTE
ELEV.
CURVA
PCV 2+905.5 - - - 3471.9 3471.9
2+925.5 20 20 0.135 3472.98 3472.645
2+945.5 20 40 0.542 3473.66 3473.118
2+965.5 20 60 1.219 3474.54 3473.321
2+985.5 20 80 2.168 3475.42 3473.252
PIV 3+005.5 20 L1=100 3.387 3476.30 3472.813
PROGRESIVA DISTANCIA
Xi
DIST.
ACUM.
E
L
Xi
Yi *
2
2









ELEV.
TANGENTE
ELEV.
CURVA
PIV 3+ 20 L2=90 3.387 3476.30 342.913
3+ 20 70 2.049 3474.32 3472.271
3+ 20 50 1.045 3472.34 3471.295
3+ 20 30 0.376 3470.36 3469.984
3+ 10 10 0.042 3468.38 3468.338
3+ - - - 3467.40 3467.400
(1) (2) (3) (4) (5) (6)

17
L1=100; L2=90;E=3.387
(1) Progresiva
(2) Distancia entre progresiva c/20
(3) Distancia acumulada.
(4) Distancia entre la tangente y la curva
(5) Elev. Tangente = Xi
n
PTV
Elev
Xi
m
PCV
Elev
100
%
;
100
%


(6) Elev. Curva=(5)-(4)
3. Con los datos mostrados en la tabla determinar:
progresiva
cubicación
acumulada(m3)
1+300 0.0
1+320 +2260.0
1+340 +1300.0
1+360 +5160.0
1+380 +7660.0
1+400 +5740.0
1+420 +10020.0
1+440 +2120.0
1+460 +3240.0
a) Dibujar el diagrama de majos
1. Buscar el mayor de los valores
2. Determinar escalas a usarse en el papel
3. graficar
b) y c) determinar el volumen de préstamo para el tramo en cuestión con sus
respectivas progresivas
NOTA.- para el cálculo de dichos volúmenes primero se debe realizar el
análisis de distancias libres. En el cual asumimos L=25[m]
PROG. VOL. TRANS.
LIBRE
VOL.
EXED.
DIST.
EXED
VOL.
PREST.
VOL.
DES.
DE A
1+300 1+308.5 1400 8.5
1+308.5 1+333.0 2260-1400 24.5
1+333.0 1+367.0 7.0
1400-
1250
1+340.0 1+340.0 6350-1250 27.0
1+367.0 1+391.5 7660-6350 24.5
1+391.5 1+400.0 8.5 6350-

18
5750
1+400.0 1+404.0 6000-5750 4.0
1+404.0 1+429.0 10020-6000 25.0
1+429 1+440.0 11.0
6000-
2100
1+440 1+460.0 3240-2100 20.0
Σ 6190 M3 7890 M3 4650 M3
NOTA.- solo se esta calculando los volúmenes y no así las distancias
tomadas de acarreo y momentos de transporte

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