Los elementos geométricos de una carretera deben estar convenientemente relacionados, para garantizar una operación segura, a una velocidad de operación continua y acorde con las condiciones generales de la vía.

Lo anterior se logra haciendo que el proyecto sea gobernado por un adecuado valor de velocidad de diseño; y, sobre todo, estableciendo relaciones cómodas entre este valor, la curvatura y el peralte. Se puede considerar entonces que el diseño geométrico propiamente dicho se inicia cuando se define, dentro de criterios técnico – económicos, la velocidad de diseño para cada tramo homogéneo en estudio.

El alineamiento horizontal está constituido por alineamientos rectos, curvas circulares y curvas de grado de curvatura variable que permiten una transición suave al pasar de alineamientos rectos a curvas circulares o viceversa o también entre dos curvas circulares de curvatura diferente. El alineamiento horizontal debe permitir una operación segura y cómoda a la velocidad de diseño.

Durante el diseño de una carretera nueva se deben evitar tramos en planta con alineamientos rectos demasiado largos. Tales tramos son monótonos durante el día, especialmente en zonas donde la temperatura es relativamente alta, y en la noche aumenta el peligro de deslumbramiento de las luces del vehículo que avanza en sentido opuesto.

Es preferible reemplazar grandes alineamientos (superiores a un kilómetro con quinientos metros (1.5 km), por curvas amplias de grandes radios (dos mil a diez mil metros (2000 a 10000 m) que obliguen al conductor a modificar suavemente su dirección y mantener despierta su atención.

Para vías de sentido único no tiene sentido utilizar radios superiores a diez mil metros (10000 m). En el caso de doble vía (en ambos sentidos), las condiciones de visibilidad pueden implicar radios de gran magnitud.

Objetivo general

Presentar los criterios para el diseño en planta de una vía.

Objetivos específicos

• Describir los elementos teóricos y matemáticos de las curvas simples y las curvas de transición.
• Describir los criterios utilizados para las entretangencias.
• Describir los criterios para definir el tipo de curva a utilizar.

Son las curvas que unen la poligonal en planta. Existen los siguientes tipos de curvas:

1. Curva circular simple
2. Curva circular compuesta
3. Curvas de transición o espirales

Se pueden tener combinaciones o alternación de estas en una carretera, pero para carreteras principales o primarias, es indispensable que el diseño sea totalmente espiralizado, es decir, que todas las curvas sean espirales.

Es necesario para entrar al cálculo y diseño de una curva, haber determinado el radio de diseño. Se determina un radio mínimo de diseño para el proyecto, lo cual está en función principalmente de la categoría de la carretera y la velocidad de diseño definida para la misma.

En el caso de curvas compuestas existe una relación proporcional que se debe cumplir entre los radios que la integran.

En el caso de curvas espirales debe tenerse en cuenta la longitud de la curva circular en el caso de tipo de curva ESPIRAL – CIRCULO – ESPIRAL

Así mismo, hay Pis, cuyo ángulo de deflexión es tan pequeño, que no permite la espiralización y se puede diseñar con curvas circulares simples.

Los empalmes curvas circulares presentan una curvatura constante, la cual es inversamente proporcional al valor del radio. En el diseño de carreteras corresponde a un elemento geométrico de curvatura rígida.

Son arcos de circunferencia de un sólo radio, que constituyen la proyección horizontal de las curvas reales o espaciales empleadas para unir dos tangentes o elementos rectos del alineamiento horizontal.

Para comprender mejor este diseño, se debe tener en cuenta:

• Nomenclatura o puntos principales
• Elementos geométricos de la curva
• Abscisado de la curva
• Localización de la curva

Vea el siguiente ejemplo, en el que se desea diseñar una curva circular simple para que cumpla una velocidad (VCH) de 50 Km/h, con el radio mínimo, asumiendo que la abscisa del BOP es K0+000.

En un diseño donde se utilizan elementos geométricos rígidos como la línea recta y los arcos circulares, cualquier móvil que entre en una curva horizontal o salga de la misma, experimenta un cambio brusco en su estabilidad debido al incremento o disminución de la fuerza centrífuga, que se efectúa en forma instantánea, lo que produce incomodidad en el usuario. El conductor sigue generalmente un camino conveniente de transición, lo que puede originar la ocupación de una parte del carril adyacente, cuando se inicia el recorrido de la curva y al centro de la misma lo que representa un peligro si el carril aledaño es para tránsito de sentido contrario. Para contrarrestar este efecto en el recorrido del vehículo, lo más adecuado es proporcionar un trazado a la vía que garantice la transición gradual de recta a curva y que por tanto ajuste la geometría al verdadero recorrido de los vehículos (Invías, 2008).

Para el estudio de las curvas de transición se debe establecer:

• Tipos de curvas de transición-evolución
• Diseño de curvas espirales
• Nomenclatura de la espiral
• Elementos de la espiral

Vea el ejemplo del esquema interactivo en el que se desea diseñar un empalme espiralizado en el PI2 del alineamiento de una vía.

Como lo hemos mencionado, la entretangencia es el tramo recto de la carretera localizado entre dos curvas consecutivas. Es decir, entre el punto de terminación de una curva y el punto de comienzo de la curva siguiente.

Entretangencia mínima

Según el Manual de diseño geométrico de carreteras (Invías, 2008) existen curvas de distinto sentido –en las que se puede prescindir de tramos de entretangecia rectos– y curvas del mismo sentido, que se consideran indeseables en cualquier proyecto de carreteras por la inseguridad y disminución de la estética que representan.

Entretangencia máxima

Se deben acondicionar entretangencias suficientemente largas que permitan cumplir con la distancia de visibilidad de adelantamiento (Da), pero en el caso que se excedan estas distancias por razones propias del diseño es necesario procurar que la longitud máxima de recta no sea superior a quince (15) veces la velocidad específica de la entretangencia horizontal (VETH) expresada en kilómetros por hora (km/h). Este criterio se aplica de igual forma para curvas de igual sentido como para curvas de diferente sentido. (Invías, 2008)

Las curvas sucesivas con entretangencia menor de cuatrocientos metros (400 m) se consideran dependientes, por lo tanto deben cumplir con una relación que se establece en la tabla de ecuaciones de la relación entre radios de curvas contiguas para curvas de salida con velocidad específica (VCH) < 80 km/h y para curvas de salida con velocidad específica (VCH) ≥ 80 km/h.

En la tabla de relación entre radios de curvas horizontales consecutivas con entretangenciade longitud menor o igual a cuatrocientos metros (400 m)se indican los valores obtenidos con la relación indicada en la primera tabla (Invías, 2008).

Según el Manual de diseño geométrico de carreteras (Invías, 2008) para ángulos de deflexión entre tangentes menores o iguales a seis grados (6°), en el caso de que no se puedan evitar, se realizará la unión de las mismas mediante una curva circular simple de tal forma que se cumplan los criterios indicados en la tabla de radios para pequeñas deflexiones entre alineamientos rectos.

La aplicación de estos criterios define la longitud mínima de las curvas circulares puesto que evita diseñar curvas circulares con longitudes demasiado cortas que generan una defectuosa apariencia de la vía y producen la sensación de quiebre forzado entre dos alineamientos rectos.

Considerando que el ángulo θ de cada espiral debe ser, como mínimo, de 3°, el ángulo de deflexión en el punto de intersección (PI) debe ser, al menos de 6° para poder insertar curvas espirales. Esto significa que, en situaciones donde el ángulo de deflexión sea igual a 6°, tenemos dos opciones de diseño:

• Curva espiralizada: se incorporan espirales cuya longitud y radio mínimo responden a la velocidad de diseño, cumpliendo los parámetros y criterios de espiralización establecidos.
• Curva circular simple: se renuncia a la espiralización y se adopta directamente una curva circular, siempre que su radio no sea inferior a 2000m.

De este modo, garantizamos tanto la comodidad de la transición como la seguridad al paso de la curva.

El diseñador puede omitir la espiral de transición, independientemente de la categoría de la carretera y la velocidad específica de la curva horizontal (VCH), solo cuando el radio de la curva horizontal sea superior a mil metros (1000 m), según el Manual de diseño geométrico de carreteras (Invías, 2008).

En la presente unidad se desarrollaron las deducciones de los elementos de las curvas simples y de transición que son utilizadas en el diseño en planta de una vía, de igual manera se realizaron ejemplos de cálculo de cada curva utilizando las fórmulas establecidas.

Se describieron los criterios que se deben aplicar para las entretangenciasresultantes entre las curvas diseñadas y la relación entre los radios de curvas horizontales contiguas y longitud mínima de la curva circular.

Como criterio final se presentó la condición para escoger qué tipo de curva se puede diseñar, principalmente en función del radio de la curva.