GUIA DE DISEÑO GEOMÉTRICO
 
CAPÍTULO 4: DISEÑO GEOMETRICO EN PLANTA Y PERFIL
 
Sección 404: Coordinación entre Alineamiento Horizontal y Perfil Longitudinal
   
  404.01 GENERALIDADES

La consideración independiente de los trazados en planta y perfil, cómoda desde el punto de vista del trabajo del proyectista, puede dar lugar a problemas en la perspectiva dinámica apreciada por el conductor que recorre la carretera. No hay que olvidar que el punto de vista del conductor es, en realidad, el fundamental. Los problemas anteriores no sólo están relacionados con la estética de la obra en sí, exigencia siempre interesante para el profesional consciente, sino también con la comodidad visual del conductor, relacionada con su fatiga y por tanto con la seguridad.
Consecuentemente, se concede cada vez mayor importancia a la coordinación entre trazado en planta y perfil longitudinal, con objeto de obtener un trazado conjunto que proporcione al conductor un recorrido fácil y agradable, exento de sorpresas y desorientaciones.

Entre los distintos aspectos de la visión del conductor. Para lo que sigue, interesa destacar los tres siguientes:

El campo de visión periférica disminuye con el aumento de la velocidad, creando un   efecto "túnel", que en alineaciones rectas muy largas le lleva a subestimar su velocidad,   e incluso a fenómenos de hipnosis.
El punto de fijación de la vista se aleja al aumentar la velocidad, por lo que todas las   informaciones útiles para la conducción debe situarse en el eje de visión del conductor y   tanto más lejos cuanto mayor sea la velocidad, evitando la presencia de incertidumbre   intermedias.

Asociado a las consideraciones anteriores, puede definirse un campo de visión descansada, frontal al conductor, dentro del cual deben procurar concentrarse un máximo de informaciones correctas. Si el punto de fijación de la vista rebasa este campo, se produce a la larga una fatiga visual. Este campo corresponde aproximadamente a un ángulo de 18º en planta y 11º en elevación.
La conveniencia de tener antecedentes gráficos de la perspectiva de una obra de esta naturaleza, sumada al avance computacional, ha ido produciendo algunos programas que permiten visualizar el trazado proyectado mediante imágenes estereométricas, ya sea en planos o en pantalla.

En todo caso, existen métodos para ejecutar perspectivas, que deben ser aplicadas cuando sea difícil imaginar el efecto de cierto trazado en algún entorno específico.

404.02 DISEÑO ESPACIAL DE LA VIA

404.02.01 Generalidades

La visión que el conductor tiene de la plataforma de la carretera, así como de su enmarcamiento en el paisaje, le produce una serie de impresiones. Si éstas son poco claras o desvían su atención, la conducción se hace tensa, errática o distraída, con lo que las posibilidades de accidentes aumentan.

Las condiciones ideales para el conductor son aquellas en las que la visión de la carretera es dinámicamente estable y su transcurso posterior predictible.

En el presente tópico se abordarán las relaciones entre los elementos en planta y elevación del trazado que influyen en la imagen que la plataforma presenta al usuario. También se hará referencia a los efectos del entorno de la carretera sobre dicho conductor.

404.02.02 Elementos del Alineamiento Espacial

Los elementos del alineamiento espacial son los del trazado en planta y elevación, cuando ellos se superponen y unen a las características transversales de la carretera se construye una visión tridimensional de la misma.

En la Figura 404.01g se muestran las combinaciones posibles de los elementos verticales y horizontales del trazado, con su correspondiente apariencia en perspectiva.

La ejecución de tales esquemas para la totalidad de un trazado no es siempre factible ni indispensable. En la mayoría de los casos basta con respetar las normas consignadas para evitar efectos contraproducentes para la seguridad y la estética de la vía.

404.02.03 Imagen en Perspectiva y Guía Optica

La principal imagen que tiene el conductor ante sí es la plataforma. Esta imagen es, evidentemente, una perspectiva que tiene como punto de vista el de los ojos de dicho conductor.

Vista "a vuelo de pájaro", como la que se muestra en la Figura 404.02g-a), aunque puedan ser ilustrativas de ciertos aspectos paisajístico, no cumplen con el objetivo de advertir al proyectista de los defectos ópticos del trazado que puedan afectar a los usuarios, que en este caso se producen por el empleo de una curva en planta de pequeño desarrollo entre dos alineamientos rectos largos. En la Figura 404.02g-b) si se aprecia el fenómeno, que queda resuelto en c mediante la utilización de curvas de acuerdo a radios de curvatura más amplios.

La plataforma, entonces, es la guía óptica por excelencia para el conductor, cumpliendo tal función cada vez mejor en la medida que sus elementos estén mejor definidos y demarcados. En este sentido, la señalización horizontal es fundamental, especialmente la que realza los bordes del camino.

En las Figuras 404.02g-d) y e) se muestran dos plataformas en perspectiva. La primera, sin demarcación horizontal, contrasta negativamente con la otra, cuyas bandas pintadas ofrecen una guía óptica muy eficaz.

FIGURA 404.01g ELEMENTOS DEL ALINEAMIENTO ESPACIAL



FIGURA 404.02g IMAGEN EN PERESPECTIVA Y GUIA OPTICA

404.02.04 Elementos de la Planta

(a) Tangente.

Tangentes largas son monótonas y por lo tanto cansadoras. Además, inducen aumentos de velocidad y facilitan el encandilamiento. Por lo tanto, ellas deben evitarse y en cualquier caso limitarse según lo normado. Sin embargo, las tangentes pueden acomodarse eventualmente a topografías específicas y servir a la simplificación de ciertos trazados en zonas complicadas para el conductor (intercambios intersecciones).

Cuando, a pesar de todo, las tangentes largas se produzcan, es conveniente disminuir la sensación de rigidez que provocan mediante curvas verticales cóncavas de gran parámetro, que disminuyen el encandilamiento y permiten apreciar la velocidad de los vehículos enfrentados. (Véase Figura 404.03g-a).

Se deben evitar las curvas verticales convexas de parámetro o desarrollo pequeño entre alineaciones rectas largas, ya que la sensación que ellas producen es contraproducente para la estética de la carretera.

(b) Curvas Horizontales.

Los valores máximos del radio de curvatura están también acotados, con el fin de no utilizar valores que hagan imperceptible su diferencia con las rectas (5.000 -10.000 m.).

A las curvas amplias también deben limitárseles sus desarrollos, alternándose distintos elementos en planta con el fin de evitar la monotonía.

Tangentes de desarrollo breve entre dos curvas del mismo sentido producen un efecto estético indeseable y ofrecen una perspectiva equivoca al conductor.
(Véase Figura 404.03g-b).

Asimismo, una curva de pequeño desarrollo entre dos alineaciones rectas largas
produce una mala imagen visual (Figura 404.03g-c). En la Figura 404.03g-d) de la misma figura se muestra el problema resuelto con una curva amplia.

(c) Secuencia de Elementos en Planta.

En un trazado donde la topografía obliga la utilización de curvas de radio reducido (véase Figura 404.03g-e) es normal y admisible encontrar radios mínimos. En cambio, allí donde las alineaciones en planta sean amplias, y por lo tanto inductoras de velocidades de operación que pueden exceder a las de diseño, el intercalamiento de un radio mínimo es peligroso (véase Figura 404.03g-f). Deben utilizarse curvas más amplias.


404.02.05 Elementos del Perfil

(a) Tangente.

En elevación, una tangente corresponde a un tramo con inclinación constante. Si ella va asociada a una tangente en planta, son válidas las recomendaciones hechas en el Tópico 404.02.04 (a).

Tangentes cortas, entre dos curvas cóncavas (véase Figura 404.04g-a), o entre dos curvas convexas (Figura 404.04g-c), dan sensación de ambigüedad y no deben ser utilizadas. Deben ser reemplazadas por acuerdo verticales únicos y amplios, según lo indicado en las Figuras 404.04g-b) y d).

Estos principios deben ser respetados especialmente en el caso de existir estructuras.

(b) Curvas Verticales Cóncavas.

Este elemento favorece el guiado óptico. Sin embargo, deben evitarse valores reducidos entre tramos largos de pendiente constante, ya sea con trazados en planta rectos o curvos, puesto que estas configuraciones, vistas desde lejos, presentan una discontinuidad evidente. (Véanse Figuras 404.04g-e) y f).

(c) Curvas Verticales Convexas.

Este elemento es el menos favorable para un buen guiado óptico, agravándose el fenómeno a medida que el valor de su parámetro disminuye.

En las curvas convexas que enlazan pendientes del mismo sentido, se deben evitar los parámetros reducidos, puesto que ellas dan la sensación de quiebre (véase Figura 404.04g-g). Deben usarse parámetros verticales lo más grandes posibles.


FIGURA 404.03g ELEMENTOS DE LA PLANTA Y DISEÑO ESPACIAL



FIGURA 404.04g ELEMENTOS DEL PERFIL EN EL DISEÑO ESPACIAL

(d) Secuencia de Elementos en el Perfil.

En la secuencia de elementos en el perfil longitudinal, que depende principalmente de la topografía, se debe considerar:

-  En parajes con ondulaciones acentuadas, deben preferirse parámetros    convexos mayores que los cóncavos, para mejorar la visibilidad en las    zonas de relieve abrupto (véase Figura 404.04g-h).

-  En parajes planos, o con poca diferencia de cotas (10 m. a lo sumo),    son los parámetros cóncavos los que deben ser mayores que los    convexos, para aprovechar al máximo la buena visibilidad que aquellos    confieren (Figura 404.04g-i).

- Deben evitarse la sucesión rápida de curvas convexas y cóncavas en   paisajes con visibilidad.


404.02.06 SUPERPOSICIÓN DE PLANTA Y PERFIL

(a) Relación entre los Elementos de Diseño en Planta y Perfil.

Además de lo ya dicho en acápites anteriores, debe tenerse presente que los radios de las curvas en planta y de los de las curvas verticales cóncavas que se superpongan deben estar relacionados entre sí. Si K es el valor del parámetro de la curva cóncava y R es el radio de curvatura en planta, K deberá estar comprendido entre 5R y 10R, dependiendo del relieve y del ancho de la calzada, mayor valor para topografías llanas y para calzadas amplias.

(b) Relación entre los Puntos de Inflexión en Planta y Perfil.

En general, los puntos de inflexión en planta y perfil deben aproximadamente coincidir y ser iguales en cantidad a lo largo de un tramo (véase Figura 404.05g-a). Cuando lo último no sea posible por imposiciones del terreno, se recomienda evitar que el conductor vea más de una curva en planta mediante pantallas artificiales o naturales.

La superposición de curvas horizontales y verticales, además de brindar una apariencia agradable, facilita el drenaje al combinar puntos de poca inclinación longitudinal (vértices de las curvas) con puntos de peraltes mayores, y puntos de poca inclinación transversal (transiciones de peralte) con otros de inclinación longitudinal máxima.

Por otra parte, esta superposición es especialmente conveniente para el caso de curvas horizontales y verticales que no permitan adelantamiento. De este modo no se ha perjudicado la conducción, como sucede si se superpone una curva o recta que sí permite dicha maniobra con una curva que la frustra.

Respetando este principio de superposición y de coincidencia aproximada de los puntos de inflexión, conviene además, para mejorar la predictibilidad del trazado, que las curvas verticales convexas sean más cortas que las curvas en planta correspondientes, y que las cóncavas sean más largas.

En las curvas verticales convexas deberá verse con antelación un tramo de curva en planta correspondiente a unos 3.2º de giro, o sea, la clotoide entera si A = R/3. (Véase Figura 404.05g-b).

(c) Combinaciones Indeseables.

No debe proyectarse curvas horizontales de radio mínimo, en correspondencia o próximas al punto más bajo de una curva vertical cóncava que enlace rasantes de pronunciadas pendientes descendentes, puesto que el incremento de velocidad que dichas rasantes generan redunda en aumento de accidentes.

En carreteras unidireccionales, en las que las rasantes de una y otra calzada son distintas, no se deben variar sus posiciones relativas, ya sea en planta o elevación, si no es en tramos donde existan combinaciones de curvas horizontales y verticales.

No se debe recurrir a alineaciones en planta exageradamente amplias si ello fuerza pendientes longitudinales importantes durante tramos largos. Asimismo, lograr pendientes suaves mediante trazados sinuosos es francamente desaconsejable.

La sucesión de curvas verticales en tramos rectos o curvos, que permitan la visión del trazado como un tobogán, son antiestéticas y deben evitarse (Véase Figuras 404.05g-c) y d).

(d) Pérdidas de Trazado.

Se entiende por pérdida de trazado la desaparición de la plataforma a la vista del conductor y su reaparición a una distancia que no es lo suficientemente grande como para hacer desaparecer el efecto sicológico adverso que tal situación produce. Este efecto sicológico es de incertidumbre y ha sido comprobado exhaustivamente en la práctica.


FIGURA 404.05g SUPERPOSICIÓN DE PLANTA Y ELEVACIÓN EN EL DISEÑO ESPACIAL


En la Figura 404.06g se muestran varias situaciones de pérdida de trazado. En la figura a se tiene una pérdida de trazado en tangente; en b se observa el fenómeno en una curva amplia; en c el efecto es especialmente peligroso pues no se tiene distancia de visibilidad de adelantamiento; en d hay visibilidad de adelantamiento, pero la perspectiva de la vía hace difícil la evaluación de las distancias; en e y f se muestran casos extremos de pérdidas de trazado, en los que el conductor puede equivocar francamente su apreciación del desarrollo del trazado y del tránsito contrario.

Este problema sicológico no existe cuando el conductor puede ver, frente a él y sin interrupciones, un tramo de carretera de longitud L que corresponda a la distancia a la que normalmente él fija su atención, que son las de la Tabla 404.01g.


TABLA 404.01g
DISTANCIAS AL PUNTO DE ATENCIÓN

V.D. (Km/h)
L (m)
40
200
50
250
60
300
70
350
80
400
90
500
100
600
110
700
120
800

 

Esto no siempre es posible sin encarecer sustancialmente el proyecto. Cuando no se puedan tener distancias de visibilidad, se debe procurar por todos los medios que la carretera no aparezca a los ojos del conductor a distancias inferiores a las de la Tabla 404.01g.

La comprobación de esto se hace gráficamente sobre los planos de planta y perfil.

Muchas veces los problemas de reaparición se pueden solucionar mediante plantaciones estratégicamente ubicadas, a uno u otro lado del camino o en el separador central si lo hay. Estas soluciones son aceptables y baratas.


404.02.07 INTERSECCIONES Y ESTRUCTURAS

Las Intersecciones deben estar situadas en zonas de amplia visibilidad. Curvas verticales cóncavas son especialmente indicadas para esto (Véase Figura 404.07g-a).

Si esto no es posible para las dos vías que se cruzan o empalman, por lo menos debe serlo para la de mayor importancia.

Las plantaciones de árboles pueden advertir la presencia de una intersección, pero sus ubicaciones y tipos deben ser tales que no obstruyan las visibilidades.

La bifurcación entre dos carreteras de distinta importancia no debe hacerse de modo que puedan confundir al conductor (Figura 404.07g-b). Debe preferirse una salida que se produzca en un ángulo pronunciado a las salidas tangenciales; véase Figura 404.07g-c), donde se han dispuesto de modo distinto tanto el empalme como los árboles.

Por otra parte, las obras de arte deben incorporarse al trazado de una manera fluida y natural, así como éste debe ser compatible con la geometría del accidente topográfico que obliga la construcción de la estructura.

El efecto que se presenta en la Figura 404.08g-a), es tan indeseable como desgraciadamente frecuente. Las soluciones a estos problemas coinciden con lo mostrado en las Figuras 404.04g-a) y b).

En general, las estructuras no deben ser situadas al comienzo de una curva, cuando ellas dificultan la visión del camino (Figura 404.08g-b). Es preferible ubicarlas en zonas de curvatura franca, como se parecía en la Figura 404.08g-c) en cuestión y en lo posible con una buena visibilidad previa (Figura 404.08g-d).


404.03 EFECTOS DEL ENTORNO DE LA CARRETERA EN EL DISEÑO ESPACIAL.

La forma y escala del espacio ambiental por el que discurre una carretera tienen influencia definida sobre los conductores.

Durante el día, todos los elementos laterales que ayuden al guiado óptico, tales como plantaciones, muros, barreras, postes-guía, etc., son favorables si ellos están a una distancia suficiente de la corona.

De noche, el espacio ambiental se reduce a lo que las luces, del auto o de la carretera, alcanzan. Entonces, un guiado óptico es aún más necesario.

En uno y otro caso, los elementos que el proyectista disponga deben ser estudiados desde el punto de vista de su efecto en perspectiva. Buen ejemplo de la necesidad de tales cuidados se muestra en la Figura 404.09g, donde se observa el efecto de la inclinación de un muro de contención sobre la perspectiva del entorno del camino (muros con alturas superiores a un metro requieren inclinaciones suficientes en el lado interior de la curva).


FIGURA 404.06g PERDIDAS DE TRAZADO


FIGURA 404.07g DISEÑO ESPACIAL EN INTERSECCIONES



FIGURA 404.08g DISEÑO ESPACIAL EN ESTRUCTURAS



FIGURA 404.09g EFECTOS DE ENTORNO DE LA CARRETERA: MUROS

   
 
Subir