Determinación del peralte

Coeficiente de fricción lateral

Está determinado por numerosos factores, como el estado de la superficie en contacto, velocidad del vehículo, presión de inflado entre otros. Sobre la determinación de valores prácticos para diseño se ha realizado innumerables pruebas por parte de diferentes organizaciones.

En Colombia se adoptan los coeficientes de fricción lateral, presentados en la tabla 1.

Valor máximo del peralte

Para carreteras de tipo rural se fija un peralte máximo de 0.08, el cual permite mantener aceptables velocidades específicas y no incomodar a vehículos que viajan a velocidades menores.

Figura 1. Carretera de tipo rural.

De acuerdo con el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVIAS, el peralte máximo permitido es:

• 8 % para carreteras primarias y secundarias.
• 6 % como peralte máximo recomendado para carreteras terciarias.

No obstante, estos valores se deben analizar en función de la ecuación de equilibrio y de las condiciones específicas, como el radio de curvatura (R), el coeficiente de fricción transversal (f) y la velocidad específica (V), ya que para cada velocidad de operación o específica, se tiene un coeficiente de fricción transversal seguro en condiciones críticas y un peralte acorde con el radio aplicado en el diseño en esa curva.

La ecuación de equilibrio donde intervienen estas variables es:

Radios mínimos absolutos

Los radios mínimos absolutos para esta velocidad de diseño, calculados con el criterio de seguridad ante el deslizamiento, están dados por la expresión:

donde:

• R_m = Radio mínimo absoluto, (m).
• V = Velocidad específica, (km/h).
• e_máx = Peralte máximo asociado a V, en tanto por uno.
• f_máx = Coeficiente de fricción lateral máximo, asociado a V.

Los radios mínimos absolutos para las velocidades específicas indicadas que se muestran a continuación, sólo podrán ser usados en situaciones extremas, deberá evitarse su incorporación sorpresiva en tramos que superan las características mínimas.

Normalmente resultan justificados radios superiores al mínimo, con peraltes inferiores al máximo, que resultan más cómodos tanto para los vehículos lentos (disminuyendo la incidencia de ft negativos), como para vehículos rápidos (que necesitan menores ft). Si se decide emplear radios mayores que el mínimo, habrá que elegir el peralte en forma tal que la circulación sea cómoda, tanto para los vehículos lentos como para los rápidos.

Para curvas con radio comprendido entre 30 metros y 170 metros, el peralte máximo deberá ser del 8% con variación de velocidad específica entre 30 y 70 km/h respectivamente. Para valores mayores del radio el peralte se deduce de acuerdo con la ecuación de equilibrio que relaciona el radio, el peralte, la fricción transversal y la velocidad específica.

Las curvas con radio comprendido entre 4000 y 7000 metros, tendrán el 2% de peralte y una velocidad específica de 150 km/h.

Existen curvas de radio amplio mayores a 7000 metros las cuales no requieren peralte, es decir la sección transversal corresponde al bombeo normal con inclinación transversal del 2%.

Desarrollo del peralte

Para realizar la transición del peralte, se utilizan los siguientes métodos:

• Girando el pavimento de la calzada alrededor de su línea central, el más empleado, que permite un desarrollo más armónico y provoca menor distorsión de los bordes de la corona.
• Girando el pavimento alrededor de su borde interior, cuando, si se peralta alrededor del eje central, se produce una depresión acentuada de su cuneta interior, para mejorar la visibilidad de la curva; o para evitar dificultades en el drenaje superficial de la carretera, en secciones en corte.
• Girando el pavimento alrededor de su borde exterior, cuando se quiere destacar la apariencia del trazado.

En las curvas circulares, con tramos sin espiral, la transición del peralte se desarrolla una parte en la tangente y la otra en la curva, exigiéndose en el PC y en el PT de la misma entre un 60% y un 80% del peralte total, prefiriéndose valores promedios de este intervalo.

Transición del peralte

Las longitudes de transición, se consideran a partir del punto donde el borde exterior del pavimento comienza a levantarse, partiendo de un bombeo normal, hasta el punto donde se conforma el peralte total para cada curva, la longitud de transición para terrenos ondulado, montañoso y escarpado corresponde a la longitud de la espiral más la distancia requerida, de acuerdo con la pendiente de la rampa de peraltes, para levantar el borde externo del bombeo normal a la nivelación con el eje. Para terrenos planos con uso de espirales cuyo radio y longitud sea alto, la longitud de transición puede ser igual a la longitud de la espiral.

Estos valores de la pendiente garantizan no solamente la comodidad de la marcha de los vehículos, sino una buena apariencia de la carretera; y cualquiera que sea el sistema seguido para conformar el peralte total, no debe ser excedidos.

Longitud de transición

La transición del peraltado se debe realizar conjuntamente con la de la curvatura, en tal forma que calzada y bermas formen un solo plano en las secciones peraltadas.

Para la determinación numérica del desplazamiento vertical de los bordes de pavimento con respecto al eje, en la transición de la sección transversal, de bombeo normal al peralte establecido de acuerdo con la curvatura, se debe establecer la longitud de transición, con respecto a la ubicación de los puntos principales TE y EC, la cual se establece mediante la relación:

Donde:

• Lt = Longitud de transición, (m).
• Le = Longitud de espiral, (m).
• X = Longitud de desarrollo del bombeo normal, (m).

Rampa de peraltes

Se define la rampa de peraltes, como la diferencia relativa que existe entre la inclinación del eje longitudinal de la calzada y la inclinación del borde de la misma, y se determina por:

Donde:

• Δs = Inclinación longitudinal de la rampa de peraltes, (%).
• L = Longitud del tramo correspondiente, (m).
• e_f = Peralte al finalizar el tramo, (%).
• e = Peralte al iniciar el tramo, (%).
• a = Distancia del eje de giro al borde de la calzada.

La siguiente tabla presenta los valores máximos y mínimos de la pendiente longitudinal para la rampa de peraltes. La pendiente mínima, está determinada, para cualquier velocidad de diseño como la décima parte de la distancia entre el eje de giro y el borde de la calzada.

Se toman valores de la AASHTO - 1994, para velocidades comprendidas entre 70 y 120 km/h, se adoptan otros valores para el rango de velocidades restantes.

Formas de girar la calzada de una vía

En los proyectos de carretera, se debe tener especial cuidado con el drenaje longitudinal y transversal de la superficie del pavimento, la cual es girada normalmente con respecto al eje central de la vía. Al efectuar la rotación de los bordes de pavimento, se pueden presentar sectores con superficie plana, que pueden llegar afectar las condiciones dinámicas de los vehículos, originado por falta de drenaje, lo que puede convertirse en factor de accidentalidad.

Para terrenos especialmente planos, en los cuales la pendiente longitudinal del eje de la vía sea menor que el 1% y largas longitudes de espiral proyectadas, se deben controlar en forma especial las condiciones mínimas aceptadas para la pendiente de la rampa de peraltes. En caso de ser inferior se debe levantar la rampa hasta el mínimo admisible y mediante valor arbitrario de pendiente lograr el peralte máximo.