Ingienería de Transportes

INGENIERIA DE TRANSPORTES
Ignacio Jara M.
Palabras Claves: Demanda derivada, red de transporte, función de utilidad, sistema zonal.
INTRODUCCION
El Transporte se preocupa de la circulación de bienes y personas, teniendo un alto impacto en la sociedad,
desempeñando un papel vital en la economía de un país. La ingeniería de transportes a través de la ayuda
de una amplia gama de disciplinas, trata con el diseño, planificación, construcción, mantención y operación
de varios modos de transporte. Aunque se ha señalado fuertes contribuciones de la ingeniería civil,
mecánica y eléctrica, las ciencias sociales, políticas y de administración también se han convertido en
importantes áreas que influyen en el campo de la ingeniería de transportes. Con el inmenso crecimiento del
sector de transportes en el siglo 20, los aspectos ambientales se están convirtiendo rápidamente en la
limitación de las restricciones para los sistemas de transporte.
Este ensayo presenta un panorama general de la ingeniería de los transportes con énfasis en la
planificación, diseño de instalaciones, operaciones e impacto ambiental, características de varios modos de
transporte, y la seguridad. La planificación de transportes se preocupa de encontrar la demanda del sistema
de la manera más efectiva.
A través de la planificación del transporte, se puede lograr la formulación óptima de transportes. El diseño
de los servicios de transporte implementa las políticas del transporte, particularmente por el lado de la
oferta del desarrollo de la infraestructura del transporte. El diseño de las instalaciones debe considerar los
aspectos tradicionales de la ingeniería de diseño, tales como los geotécnicos, estructurales, y diseño
geométrico, así como a los que se refiere a aspectos jurídicos, ambientales y el uso del terreno. Una vez
concluido los aspectos operacionales de los servicios de transporte debe ser continuamente supervisado a
fin de prestar atención a los medios más seguros y más eficientes de los viajes sin degradación del medio
ambiente. Los principios fundamentales de los flujos de tráfico de carreteras son presentados por el
entendimiento de lo esencial para orientar, aconsejar y regular los operadores de vehículos. Los aspectos de
seguridad de carreteras es hacer hincapié desde el punto de vista del valor de los efectos de choques.
Debido a que el transporte de bienes y personas utiliza diversos modos, se presentara un análisis de
diferentes subsistemas. Los desafíos modernos para el sistema de transporte existen en la forma de la
eficiencia de estos, reduciendo ala mínimo los efectos ambientales adversos y mantener la factibilidad
económica. Para hacer frente a tales desafíos, es necesaria la síntesis de los modos tradicionales de
transporte con las nuevas tecnologías. Las formas alternativas de energía (vehículos eléctricos, gas natural,
biocombustibles) y mecanismos de apoyo (levitación magnética) pueden proporcionar soluciones
significativas.
PLANIFICACION DEL TRANSPORTE
La Planificación del transporte es producir la información necesaria para determinar la estrategia de costo
más efectiva para mejorar el desempeño del sistema de transporte. La planificación del transporte puede
ocurrir en diferentes escalas de análisis (nacional, multiestatal, estatal, metropolitana, subárea o corredor, y
niveles locales). En cada nivel de los métodos utilizados, bases de datos desarrollados, e información
producida son a menudo influenciadas por regulaciones del gobierno. No importa que enfoque de
modelación sea utilizado en la planificación del transporte, un concepto fundamental que influye en la
manera de demanda por transporte es estimar lo que se llama demanda derivada. La demanda derivada
significa que el viaje se toma para realizar las actividades en el lugar de destino, y que el viaje en si mismo es
simplemente un medio para llegar a esta actividad. La planificación del transporte debería, por lo tanto,
describir los viajes realizados en las actividades que ocurren en un área de estudio y también las
características del viajero, que influirá en la forma en que estos viajes son realizados. Este fin es alcanzado
por la combinación de usos del terreno similares en una categoría del uso del terreno que puede ser
utilizado en la planificación del transporte para estimar el número de viajes atraídos.
MARCO BASICO DE LA PLANIFICACION DEL TRANSPORTE
El marco básico de la planificación del transporte en cualquier escala de aplicación es mostrada a
continuación:
Inventario de las Instalaciones
Conociendo lo que es y consiste una red de transporte y las condiciones y desempeño de estas instalaciones
es un punto de partida importante para la planificación del transporte. La inversión del transporte, es por lo
general destinada al mejoramiento de las condiciones físicas de la instalación (por ejemplo, repavimentación
de carreteras o construcción de un nuevo puente) o la mejora del rendimiento (por ejemplo, proporcionar
nueva capacidad de personal para proporcionar un tratamiento preferencial para los vehículos de alta
ocupación o la construcción de una nueva carretera para servir la demanda existente).
Colección y Mantención de Datos socioeconómicos y de Uso del Terreno
Teniendo en cuenta el concepto de demanda derivada, un punto de partida básico para la planificación, es la
caracterización de las variables que influyen en esta demanda. El actual uso del terreno se puede conseguir
mediante los inventarios del uso del terreno. Los métodos de estimación de un futuro uso del terreno van
desde el análisis de tendencias a modelos de uso del terreno a gran escala, que predicen los sitios de
residencia y empleo en varias décadas futuras. Las características socioeconómicas a menudo incluyen el
nivel de ingresos, numero de miembros en el lugar de residencia, numero de autos en la residencia, numero
de hijos, edad del jefe de familia, y el nivel de educación alcanzado.
Definir Metas y Objetivos
Las metas son declaraciones generalizadas que indican un final deseado de un plan de transporte. Los
objetivos son declaraciones mas especificas que indican los medios por la cual la meta será lograda. La
determinación de metas y objetivos es fundamental en la medida en que se definen los criterios de
evaluación que serán usados en el proceso de planificación para evaluar los impactos relativos de proyectos
y estrategias alternativas. Estos criterios suelen llamarse medidas de efectividad.
Identificar Deficiencias u Oportunidades del Sistema
Los métodos usados para identificar las deficiencias y oportunidades del transporte pueden variar
ampliamente. En algunos casos los modelos de redes de transporte a gran escala son usados para estimar el
volumen de tráfico futuro y luego se compara con la capacidad de la red de carreteras para manejar tales
volúmenes. Esta tasa volumen-capacidad (V/C) sirve como el principal medio de identificación de la
ubicación de las deficiencias del sistema. Sin embargo, otras medidas de desempeño pueden ser usadas en
el proceso de planificación del transporte que son mucho más amplia que la tasa (V/C), tales como el nivel
de accesibilidad a las actividades económicas, promedio de duración de viajes, entre otros.
Desarrollar y Analizar Alternativas
Varios tipos de estrategias pueden aparecer del proceso de planificación: (1) las dirigidas a las mejoras de las
carreteras, por ejemplo, la adición de nuevos caminos, mejorar el control de trafico a través de señales o
fichas, o mejorar el flujo de trafico a través de la canalización. (2) otras estrategias, tales como la reducción
de demanda por transporte a través de horario de trabajo flexible, aumentar el promedio de ocupación de
vehículos a través de medidas tales como uso del transito o compartir el vehículo, o elevar el precio de los
viajes mediante la utilización de peajes. Más recientemente, la aplicación de tecnologías de transporte
avanzadas para el funcionamiento del sistema de carreteras, conocidos como sistema de transporte
inteligente, se ha convertido en un tipo importante de la estrategia de muchas ciudades.
Evaluar Alternativas
La evaluación reúne a la totalidad de la información obtenida sobre las distintas alternativas y proporciona
un marco para comparar el valor relativo de las alternativas. Este proceso de evaluación la mayoría de las
veces depende de la eficacia de las distintas medidas que se refieren a las metas y objetivos definidos en el
comienzo del proceso de planificación.
Implementar Plan
Los principales productos del proceso de planificación del transporte son el plan de transporte, y, los niveles
estatales y metropolitanas, el programa de mejoramiento del transporte, que enumera todos los proyectos
de transporte que se pondrá en práctica durante los próximos años en la región.
Supervisión del Desempeño del Sistema
La planificación del examina continuamente el rendimiento y la condición del sistema de transporte para
determinar si se pueden hacer mejoras. Algunos medios de desempeño del sistema de supervisión es
necesaria para identificar áreas en las que sistemáticamente estas mejoras puedan ocurrir. Este sistema de
supervisión ha sido tradicionalmente basada en el volumen de tráfico obtenidos de contadores de tráfico
colocados en lugares estratégicos de la red (por ejemplo, el aumento de volumen de tráfico indica
congestión).
MODELACION DEL TRANSPORTE
El nivel de análisis de transporte puede variar según el nivel de complejidad y la escala de aplicación. En la
mayoría de los casos, sin embargo, el proceso de modelado consta de cuatro grandes pasos: (1) generación
de viajes (2) distribución de viajes (3) modo de división (4) trabajo del viaje. Cada zona de estudio (ya sea
una nación, estado, región metropolitana, o barrio) se divide en zonas, de características homogéneas (por
ejemplo, los ingresos de hogares similares) que luego pueden ser utilizados como la base fundamental para
la estimación de los viajes desde o atraídos a la zona. En la mayoría de los casos, los planificadores del
transporte tratan de crear un sistema zonal mediante la definición de zonas que están relacionadas con
otras actividades de recopilación de datos.
El sistema de transporte está representado en modelos, tales como una red de nodos y enlaces. Los enlaces
representan instalaciones de recorridos de transporte de línea, tales como carreteras o líneas de tránsito, y
los nodos representan puntos de conexión, como las intersecciones. Dada la compleja naturaleza de los
sistemas de transporte, la típica red de transporte consiste en enlaces que representan sólo las instalaciones
mas utilizadas. El proceso de modelación del transporte puede ser representado como se muestra a
continuación:
La generación de viajes es el proceso de derivar analíticamente el número de viajes que se generaran desde
una ubicación o zona basadas en la información socioeconómica de los viajeros, o en el caso del movimiento
de mercancías, las características económicas zonales. La etapa de generación de viajes, también incluye el
número de viajes atraídos a la zona en cada área de estudio.
Numero de viajes producidos en una zona = 𝑓(características socioeconómicas, uso del terreno,
disponibilidad de modos de transporte)
Numero de viajes atraídos a la zona = 𝑓(atractivo de la zona)
Hay dos enfoques para estimar los viajes generados. El primer enfoque utiliza los modelos de tasa de viaje.
Sobre la base de los datos existentes, las tasas de viaje se pueden calcular tomando que el viaje se relaciona
a una variable conocida, como la influencia sobre el comportamiento de viaje. Un ejemplo, es el análisis de
clasificación cruzada.
Ingresos bajos
Ingresos medios
Ingresos altos
Numero de personas en los hogares
1
2
A1
A2
B1
B2
C1
C2
3+
A3
B3
C3
El otro enfoque es el uso de modelos de regresión. Sobre la base de datos existentes, las ecuaciones de
regresión múltiple calcula la generación de viajes relativos a las variables se determina su importancia en el
comportamiento de viajes, por ejemplo
Zona de estimación: 𝑇𝑖𝑧 = 𝐴 + 𝐵𝑋1𝑖 + 𝐶𝑋2𝑖
Hogares estimados: 𝑇𝑖ℎ = 𝐸 + 𝐹𝑋1𝑖ℎ + 𝐺𝑋2𝑖ℎ
Atracciones zonales: 𝑇𝑗 = 𝐻 + 𝐼𝑋3 + 𝐽𝑋4
Donde:
𝑇𝑖𝑧 = Viajes totales generados en la zona i
𝑇𝑖ℎ = Viajes totales generados por hogar en la zona i
𝑇𝑗 = Viajes totales atraídos a la zona j
𝑋1𝑖 = Numero total de trabajadores en la zona i
𝑋2𝑖 = Numero total de automóviles en la zona i
𝑋1𝑖ℎ = Numero de trabajadores por hogar en la zona i
𝑋2𝑖ℎ = Numero de automóviles por hogar en la zona i
𝑋3 = Numero total de empleados de oficina en la zona i
𝑋4 = Numero total de empleados del comercio en la zona j
La distribución de viajes es el proceso de estimación del número de viajes que se originan en cada zona en
el área de estudio y sus correspondientes destinos. El resultado del proceso de distribución de viajes es una
matriz llamada tabla de viajes, la cual muestra el número de viajes originados en cada área de estudio y sus
correspondientes destinos por el periodo de tiempo examinado. El método mas usado para la distribución
de viajes en un sistema zonal, es el modelo de gravedad, la cual es de la forma:
𝑇𝑖𝑗 = 𝑃𝑖𝑗
𝐴𝑗 × 𝐹𝑖𝑗 × 𝐾𝑖𝑗
∑𝑗( 𝐴𝑗 × 𝐹𝑖𝑗 × 𝐾𝑖𝑗 )
Donde:
𝑇𝑖𝑗 = Numero de Viajes generados en la zona i y destinados a j
𝑃𝑖 = Numero de Viajes producidos en la zona i
𝐴𝑗 = Nivel de atracción de la zona j (por ejemplo, numero de empleados)
𝐹𝑖𝑗 = Factor de fricción o impedancia entre las zonas i y j (valor usualmente como función del tiempo de
viaje)
𝐾𝑖𝑗 = Factores de ajuste socioeconómico entre las zonas i y j (valor que representa a variables que influyen
en hacer el viaje no contado por otras variables)
La elección del modo es el proceso de estimación del porcentaje de individuos quienes usaran un modo de
transporte versus los otros disponibles para dar el viaje. El concepto básico en tomar esta estimación es que
cada modo de transporte tiene asociado alguna característica conocida empíricamente, que combinada con
una ecuación matemática, puede definir la utilidad del modo.
Variables tales como el tiempo de viaje, costo del viaje, confiabilidad del modo, y otros son a menudo
incorporadas en el modo de función de utilidad, junto con características socioeconómicas del viajero. Los
modelos de transporte de carga usan un concepto similar en la estimación del modo del flujo de productos.
Una de las maneras mas familiares del modo de elección del modelo es el modelo logit, el cual predice el
modo de acción basado en la siguiente ecuación:
𝑒 𝑈𝑘
𝑃𝑖𝑘 = 𝑛
∑𝑚=1 𝑒 𝑈𝑚
Donde:
𝑃𝑖𝑘 = Probabilidad que el individuo i elija el modo k
𝑈𝑘 = Utilidad del modo k
𝑈𝑚 = Utilidad del modo m
𝑛 = Numero de modos disponibles para el viaje
La utilidad de cada modo, es a menudo representado como una función lineal de estas variables
encontrando una influencia de elección individual del modo. Por ejemplo, la función de utilidad para el
modo automóviles podría ser de la forma:
𝑈𝑎 = 𝐴 + 𝐵 𝑋1 + 𝐶 𝑋2 + 𝐷 𝑋3
Donde:
𝑈𝑎 = Utilidad del automóvil
𝑋1 = Tiempo de acceso y egreso cuando se elige el automóvil
𝑋2 = Tiempo en recorrer la línea
𝑋3 = Costo de viaje
La función de utilidad de otros modos disponibles para un viaje específico seria especificado similarmente.
Las probabilidades serian multiplicadas por el número total de viajes obteniendo el número de viajes
realizados por modo.
La asignación del viaje es el proceso de estimación el flujo de viajes a través de una red de transporte
basado en una tabla de viajes (la cual es producida en la distribución de viajes). El concepto básico
encontrado en todos los modelos de asignación de viajes, es que los viajeros eligen rutas que minimizaran el
tiempo de viaje, esto es, ellos elegirán el camino mas corto a través de la red. La función del rendimiento del
enlace que relacionan el tiempo de viaje al numero de vehículos sobre el enlace son usados actualizados
iterativamente al tiempo de viaje del enlace estimado a fin de que minimice el tiempo de viaje de la ruta,
reflejando el efecto de la congestión. Investigaciones recientes en métodos de asignación de viajes han
introducido el concepto de asignación estocástica, la cual significa que algún subconjunto de las rutas de
viajes ha asociado con ellos algunas características que atraen a ciertos tipos de viajeros, incluso si el tiempo
de viaje es mas largo.
Definición de términos:
Demanda derivada: una hipótesis de que los viajeros, hacen un viaje para realizar algunos objetivos en el
destino, y que el viaje es simplemente un medio para llegar a esta actividad.
Red de transporte: un sistema de transporte es representado en modelos como una red de enlaces y nodos,
los enlaces representan las instalaciones de línea de arrastre, tales como caminos o líneas de transito, y los
nodos representan puntos de conexión de estas intersecciones. Dada la naturaleza compleja de los sistemas
de transporte, las redes típicas de transporte consisten de enlaces representando solo instalaciones
clasificadas funcionalmente superiores o los enlaces que representan caminos viajados muy conocidos.
Función de utilidad: una formulación matemática que asigna un valor numérico a la atracción de modos
individuales de transporte basados principalmente en las características de los modos.
Sistema zonal: cada área de estudio (Nación, Estado, Área metropolitana o vecindad) es dividido en zonas
de características homogéneas (por ejemplo, ingresos similares del hogar) que puede ser utilizado como una
base básica para la estimación de viajes, de o atraída a la zona. En muchos casos los planificadores del
transporte tratan de definir las zonas que son relacionadas a otras actividades de datos coleccionados (por
ejemplo, Censos).