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.

perfil longitudinal de una via

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:

Pendientes maximas segun el manual de diseño geometrico

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.

Longitud critica de una pendiente

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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18 comments

  1. Estos artículos estan super interesantes porque, ayudan a los estudiantes de ing. civil a ver las clases con más detalles y mejor presentación……….

  2. hola, me gustaría saber si me pueden ayudar con una tabla que me ayude a seleccionar la longitud de una curva vertical de acuerdo a las pendientes

    gracias

  3. mi profesora de vias en a universidad e smuy floja y nos explicaa nada de diseño geomtrico donde puedo conseguir informacion acerca de curvas verticales y cuervas horisontales en espiral??

  4. @ Cindy y Matt: Muchas gracias :D

    @ Dave: No tengo todavía nada en el blog. Sin embargo, en los manuales de diseño aparecen ábacos para lo que deseas.

    @ Estudiante: Lamento que tu profesora sea así. Puedes revisar el libro de Diseño geométrico de carreteras, de James Cárdenas.

    1. @ Diego:
      La cota negra no es más que la altura (cota) correspondiente al terreno natural en cada uno de los puntos por donde pasa el eje de la carretera. Se llama así porque cuando los planos se hacían a mano, se dibujaba con color negro. De esta manera se distingue de la “cota roja” que indica la altura del eje de la vía en el diseño en perfil longitudinal.

  5. muchas gracias, ya me queda mucho mas claro, habia encontrado algo en el libro de chocontá pero esto con dato historico es mucho mas nemotecnico. gracias

  6. Muy buenos los tips y comentarios en esta página, se recomienda a profesionales y estudiantes de ingeniería Civil.
    Desde Venezuela Universidad de Oriente Núcleo Bolívar.

  7. Excelente blog ingeniero, necesito trazar las curvas verticales pero no entiendo muy bien lo de la longitud critica de la tengente vertical, hay un abaco en el manual del invias de colombia pero no la entiendo muy bien, si la velocidad que aparece allí es la de vcv, ademas el maximo es 90 Km/h y tengo una vcv de mas de 90 Km/h que puedo hacer.

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