Diseño Geométrico en Perfil Longitudinal

En un perfil que represente la longitud de la vía y las alturas respectivas de sus puntos (abscisas) principales en un plano, se aprecian (al igual que en alineamiento horizontal) una serie de tramos rectos que deben ser empalmados por curvas verticales que permitan una transición suave, que resulte cómoda y segura entre las pendientes rectas.

Pendientes

Las pendientes de los tramos rectos se expresan en porcentaje y corresponden a la cantidad de metros (altura) de ascenso o descenso por cada metro que se recorre horizontalmente (en la figura, a cada alineamiento recto le corresponde una pendiente i₁, i₂ e i₃).

La pendiente longitudinal tiene un efecto directo sobre la velocidad de operación de los vehículos, excepto si existe un tramo completamente horizontal de pendiente cero. De ahora en adelante las pendientes serán positivas si en el sentido de diseño de la vía el tramo es ascendente (si un vehículo que la transite sube) y negativa si en el mismo sentido el tramo es descendente (el mismo vehículo baja); de manera que en la figura se observan las pendientes -i₁, +i₂ y +i₃.

Si la pendiente es negativa aparece un componente longitudinal del peso del vehículo que le da un impulso adicional y por tanto, el vehículo tiende a aumentar su velocidad pero, por razones de seguridad, los conductores acostumbran reducir la velocidad.

Si la pendiente es positiva, ese mismo componente del peso se opone al movimiento del vehículo, especialmente en vehículos pesados y genera velocidades menores a las que desean los conductores. Para que los efectos sobre las velocidades se minimicen (pues tienen consecuencias económicas también), es conveniente trabajar con pendientes menores al 3%. sin embargo, cuando el terreno no lo permite, el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVIAS recomienda las siguientes pendientes en función del tipo de terreno y de vía:

De otro lado, para garantizar el drenaje no se recomiendan pendientes longitudinales menores al 0,5%; a menos que la pluviosidad de la zona sea muy baja y la vía esté sobre un terraplén.

Longitud Crítica

Para que la velocidad no se reduzca considerablemente se deben manejar tramos no muy largos (relativamente) con la misma pendiente. En Colombia se ha establecido como longitud máxima “la distancia horizontal medida desde el comienzo de una pendiente, necesaria para lograr una altura de 15 metros con respecto al mismo origen”, y se conoce como longitud crítica de la pendiente. Este concepto sólo aplica si las pendientes consideradas son mayores al 3%.

Aunque parezca arbitrario a simple vista, la longitud crítica de la pendiente está determinada por la disminución de la velocidad que ésta causa en vehículos pesados. Se considera que el ascenso de 15 m con la misma pendiente causa una reducción de 25 km/h en la operación de los vehículos de carga, lo cual también ocasiona demoras para los vehículos que viajan detrás y podrían ir más rápido. Para evitar la formación de colas, o maniobras de adelantamiento que suponen mayor riesgo, se puede evaluar la posibilidad de diseñar un segundo carril de ascenso cuando la longitud de la pendiente es superior a la crítica.

Tampoco se podrán proyectar pendientes más cortas que la distancia recorrida en 10 segundos a la velocidad de diseño.

Curvas Verticlaes

Para empalmar los tramos rectos se utilizan mayormente curvas parabólicas debido a la facilidad que presentan para replantearse en el terreno. Si retomamos la figura inicial, cuando la parábola se abre hacia arriba, se habla de una curva vertical cóncava; y si se abre hacia abajo se trata de una curva vertical convexa.

Se definen entonces los siguientes puntos:

• PCV: Punto (abscisa) donde comienza una curva vertical.
• PIV: Punto de inflexión, abscisa donde cambia la pendiente.
• PTV: Punto donde termina la curva vertical.

Cuando la distancia horizontal medida desde el PCV hasta el PIV es igual a la que va desde el PIV hasta el PTV se dice que la curva vertical es simétrica. Si no son iguales entonces es una curva vertical asimétrica.

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Bibliografía

Chocontá Rojas, Pedro Antonio. Diseño Geométrico de Vías. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá. 1998. Código topográfico de la Biblioteca de la Universidad: 625.7 Ch545

Instituto Nacional de Vías, INVIAS, Ministerio de Transporte. Manual de Diseño Geométrico para Carreteras. Bogotá. 1998.

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