Velocidad Ingeniería de Tránsito

MAESTRIA EN VIAS TERRESTRES
Proped
éutico
Propedéutico
Curso: Ingeniería de Transito
Abril 2009
MSc. Ing. Douglas Mé
Méndez T.
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Contenido
Introducción a la Ingeniería de Tránsito.
Elementos del Transito.
Volumen de Transito.
Conteos Volumétricos.
Velocidades.
Flujo o Corriente Vehicular
Niveles de Servicio.
Seguridad Vial.
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Velocidad
Introducción:
La velocidad se ha convertido en uno de los principales indicadores utilizado
para medir la calidad de la operación a través de un sistema de transporte. A
su vez, los conductores, considerados de una manera individual, miden
parcialmente la calidad de su viaje por su habilidad y libertad en conservar
uniformemente la velocidad deseada.
Se sabe, además, por experiencia que el factor más simple a considerar en la
selección de una ruta específica para ir de un origen a un destino, consiste en
la minimización de las demoras, lo cual obviamente se logrará con una
velocidad buena y sostenida y que ofrezca seguridad. Esta velocidad está bajo
el control del conductor, y su uso determinará la distancia recorrida, el tiempo
de recorrido y el ahorro de tiempo, según la variación de ésta.
La importancia de la velocidad, como elemento básico para el proyecto de un
sistema vial, queda establecida por ser un parámetro de cálculo de la mayoría
de los demás elementos del proyecto.
Finalmente, un factor que hace a la velocidad muy importante en el tránsito
es que la velocidad de los vehículos actuales ha sobrepasado los límites para
los que fue diseñada la carretera actual y las calles, por lo que la mayor parte
de los reglamentos resultan obsoletos.
Así, por todas las razones anteriores, la velocidad debe ser estudiada,
regulada y controlada con el fin de que origine un perfecto equilibrio entre el
usuario, el vehículo y la vía, de tal manera que siempre se garantice la
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seguridad.
Velocidad
Introducción:
Con los rápidos progresos de la ingeniería automotriz y la expansión de los
sistemas viales, el concepto de la velocidad ha cambiado. A través de los años,
la velocidad utilizada por los conductores de los vehículos ha ido en aumento
constante y no se prevé que tienda a estabilizarse. Durante todo este tiempo
que ha transcurrido desde la aparición de los primeros vehículos de motor, ha
habido un incesante deseo de aumentar la rapidez del movimiento sin que se
haya producido un pensamiento unánime en la reglamentación de la
velocidad, sobre todo en lo que se refiere a su importancia como causa de
accidente.
Según las observaciones realizadas en las carreteras de diversos países, a
través de los años se ha ido obteniendo un aumento en el promedio de la
velocidad desarrollada por los automovilistas. Estas observaciones se
realizaron mediante mediciones directas sobre carreteras, hechas a cientos de
miles de vehículos. Curioso es notar que los autobuses desarrollaron un
promedio de velocidad mayor que el de los otros tipos de vehículos, ya que
alcanzaron promedios mayores que los mismos automóviles. Los camiones de
carga también han ido aumentando su velocidad en forma constante a lo
largo del tiempo.
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Velocidad
Definiciones:
En general, el término velocidad se define como la relación entre el espacio
recorrido y el tiempo que se tarda en recorrerlo. Es decir, para un vehículo
representa su relación de movimiento, generalmente expresada en kilómetros
por hora (km/h).
Para el caso de una velocidad constante, ésta se define como una función
lineal de la distancia y el tiempo, expresada por la fórmula:
d
v=
t
Donde:
v = velocidad constante (kilómetros por hora)
d = distancia recorrida (kilómetros)
t = tiempo de recorrido (horas)
El término velocidad, aplicado al movimiento de los vehículos, se utiliza de
diferentes maneras de acuerdo a los estudios que se efectúen y los objetivos
que se persigan. Esto significa que existen conceptualmente varios tipos de
velocidad, los cuales deben ser definidos y aplicados claramente.
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Velocidad
Definiciones:
Velocidad de Punto:
Es la velocidad de un vehículo a su paso por un determinado punto de una
carretera o de una calle. Como dicha velocidad se toma en el preciso instante
del paso del vehículo por el punto, también se le denomina velocidad
instantánea.
Velocidad media temporal:
Es la media aritmética de las velocidades de punto de todos los vehículos, o
parte de ellos, que pasan por un punto específico de una carretera o calle
durante un intervalo de tiempo seleccionado. Se dice entonces, que se tiene
una distribución temporal de velocidades de punto. Para datos de velocidades
de punto no agrupados, matemáticamente la velocidad media temporal se
define como:
n
vt =
∑v
i =1
n
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i
vt = velocidad media temporal
vi = velocidad de punto del vehículo i
n = número total de vehículos obervados en el punto o tamaño de la muestra
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Velocidad
Definiciones:
Velocidad media espacial:
Es la media aritmética de las velocidades de punto de todos los vehículos que
en un instante dado se encuentran en un tramo de carretera o calle. Se dice
entonces, que se tiene una distribución espacial de velocidades de punto.
m
ve =
∑v
j =1
m
Donde:
j
ve = velocidad media espacial
v j = velocidad de punto del vehiculo j
m = número total de vehículos obervados
en el punto o tamaño de la muestra
Para un espacio o distancia dados, la velocidad media espacial se calcula
dividiendo la distancia por el promedio de los tiempos empleados por los
vehículos en recorrerla. Esto es:
d
ve =
t
d = distancia dada o recorrida
t = tiempo promedio de recorrido de los vehículos
ti = tiempo empleado por el vehículo i en recorrer la distancia d
n = número total de vehículos obervados en el punto o tamaño de la muestra
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n
t=
∑t
i =1
n
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i
Velocidad
Definiciones:
Relación entre velocidad media temporal y velocidad media espacial:
En la práctica de la ingeniería de tránsito muy a menudo se requiere convertir
velocidades medias temporales a velocidades medias espaciales, por lo que se
cumple, aproximadamente:
Se
ve ≈ vt +
vt
Donde:
2
St = varianza de la distribución de velocidades en el tiempo
2
Es importante anotar que la velocidad media espacial es igual a la velocidad
media temporal sólo cuando la varianza de la velocidad media espacial sea
igual a cero, lo cual se consigue en el evento en que todos los vehículos viajen
exactamente a la misma velocidad.
En otras situaciones, la velocidad media espacial siempre es menor que la
velocidad media temporal.
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Velocidad
Definiciones:
Para distinguir claramente estas dos clases de velocidades, supóngase que
sobre una pista circular de un kilómetro de longitud se tienen dos vehículos
viajando siempre a velocidades constantes de 100 km/h y 50 km/h,
respectivamente. Un observador situado en la sección transversal AA por un
lapso de tiempo de una hora, registrará 100 vehículos tipo 1 circulando a 100
km/h y 50 vehículos tipo 2 circulando a 50 km/h. La velocidad media
temporal, para el caso de datos de velocidades de punto agrupados, será:
n
vt =
∑( f v )
i i
i =1
n
n
vt =
∑( f v )
i =1
i i
150
100(100) + 50(50)
=
150
= 83.3 km/h
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Velocidad
Definiciones:
Por otro lado, en cualquier instante dado, siempre se registrarán
espacialmente dos vehículos circulando a 100 km/h Y50 km/h. Por lo tanto, la
velocidad media espacial será:
m
ve =
∑v
j =1
j
m
m
ve =
∑v
j =1
2
j
=
100 + 50
2
= 75.0 km/h
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Velocidad
Definiciones:
Velocidad de recorrido:
Llamada también velocidad global o de viaje, es el resultado de dividir la
distancia recorrida, desde principio a fin del viaje, entre el tiempo total que se
empleó en recorrerla. En el tiempo total de recorrido están incluidas todas
aquellas demoras operacionales por reducciones de velocidad y paradas
provocadas por la vía, el tránsito y los dispositivos de control, ajenos a la
voluntad del conductor. No incluye aquellas demoras fuera de la vía, como
pueden ser las correspondientes a gasolineras, restaurantes, lugares de
recreación, etc.
Para todos los vehículos o para un grupo de ellos, la velocidad media de
recorrido es la suma de sus distancias recorridas dividida entre la suma de los
tiempos totales de viaje. Si todos o el grupo de vehículos recorren la misma
distancia, la velocidad media de recorrido se obtiene dividiendo la distancia
recorrida entre el promedio de los tiempos de recorrido. Así, puede verse que
la velocidad media de recorrido es una velocidad media espacial o con base en
la distancia.
La velocidad de recorrido sirve principalmente para comparar condiciones de
fluidez en ciertas rutas; ya sea una con otra, o bien, en una misma ruta
cuando se han realizado cambios para medir los efectos.
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Velocidad
Definiciones:
Velocidad de marcha:
Para un vehículo, la velocidad de marcha o velocidad de crucero, es el
resultado de dividir la distancia recorrida entre el tiempo durante el cual el
vehículo estuvo en movimiento. Para obtener la velocidad de marcha en un
viaje normal, se descontará del tiempo total de recorrido, todo aquel tiempo
que el vehículo se hubiese detenido, por cualquier causa asociada a la
operación del transito. Por lo tanto, esta velocidad por lo general, será de
valor superior a la de recorrido.
Constituye una buena medida del servicio que la vía brinda al usuario.
Velocidad de proyecto:
Llamada también velocidad de diseño, es la velocidad máxima a la cual
pueden circular los vehículos con seguridad sobre una sección específica de
una vía, cuando las condiciones atmosféricas y del tránsito son tan favorables
que las características geométricas del proyecto gobiernan la circulación.
Todos aquellos elementos geométricos del alineamiento horizontal, vertical y
transversal, tales como radios mínimos, pendientes máximas, distancias de
visibilidad, sobreelevaciones, anchos de carriles y acotamientos, anchuras y
alturas libres, etc., dependen de la velocidad de proyecto y varían con un
cambio de ésta.
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Velocidad
Definiciones:
Velocidad de proyecto:
La selección de la velocidad de proyecto depende de la importancia o
categoría de la futura vía, de los volúmenes de tránsito que va a mover, de la
configuración topográfica de la región, del uso del suelo y de la disponibilidad
de recursos económicos.
Al proyectar un tramo de una vía, es conveniente, aunque no siempre factible,
mantener un valor constante para la velocidad de proyecto. Sin embargo; los
cambios drásticos en condiciones topográficas y sus limitaciones mismas,
pueden obligar a usar diferentes velocidades de proyecto para distintos
tramos.
En Estados Unidos y en Europa se han usado velocidades de proyecto
máximas hasta de 140 km/h. Sin embargo, hay una tendencia a reducirlas a
120 km/h (Europa) y 112 km/h (EE.UU.). En México, al igual que en Colombia,
las velocidades de proyecto fluctúan entre 40 y 110 km/h, dependiendo del
tipo de vía seleccionada.
Una razón fundamental para no usar velocidades de proyecto muy altas son
los pequeños ahorros de tiempo de viaje que se logran, en comparación con lo
que sube el costo de la obra.
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Velocidad
Estudios de Velocidad:
Uno de los indicadores que más se utiliza para medir la eficiencia de un
sistema vial es la velocidad de los vehículos. Desde este punto de vista, para
medir la calidad del movimiento del tránsito se utilizan la velocidad de punto,
en sus dos componentes media temporal y media espacial; la velocidad de
recorrido y la velocidad de marcha.
Estudios de Velocidad de Punto:
La mayor parte de los estudios de velocidad se refieren a la velocidad de los
vehículos en determinado punto de una carretera o de una calle. Los estudios
de velocidad de punto están diseñados para medir las características de la
velocidad en un lugar específico, bajo condiciones prevalecientes del tránsito
y del estado del tiempo en el momento de llevar a cabo el estudio; lo mismo
que permiten obtener la distribución de velocidades por grupos de usuarios.
Por ejemplo, en una sección de una carretera de dos carriles se pueden
obtener los datos correspondientes a las velocidades que desarrollan los
usuarios, tomando una muestra lo suficientemente representativa de los
vehículos que transitan por ese punto.
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Velocidad
Estudios de Velocidad:
Estudios de Velocidad de Punto:
Las características de la velocidad de punto tienen las siguientes aplicaciones:
Tendencias de velocidades: se determinan mediante la recolección de datos a
través de muestreos periódicos en lugares seleccionados. Pueden ser
especificadas por tipo de vehículo.
Lugares con problemas de velocidad: mediante un estudio de velocidades es
posible determinar si son muy altas y si las quejas recibidas, a este respecto,
son justas.
Planeación de la operación del tránsito, regulación y control: la magnitud en
la dispersión de las velocidades afecta tanto la capacidad como la seguridad,
ya que todos los vehículos no viajan a la misma velocidad. De allí que, si todos
los vehículos viajaran a igual velocidad, la capacidad sería máxima y los
accidentes serían minimizados
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Velocidad
Estudios de Velocidad:
Estudios de Velocidad de Punto:
Las características de la velocidad de punto tienen las siguientes aplicaciones:
Planeación de la operación del tránsito, regulación y control: Dentro de la
operación del tránsito, una distribución de velocidades es usada para: 1)
establecer límites de velocidad, tanto máxima como mínima; 2) determinar
las velocidades seguras en curvas horizontales y en aproximaciones a
intersecciones; 3) establecer longitudes de zonas de rebase prohibido; 4)
proveer información relativa sobre cuál debe ser el lugar apropiado para
ubicar las señales de tránsito; 5) localizar y definir tiempos de los semáforos;
6) analizar zonas de protección para peatones en escuelas, colegios y
universidades.
Análisis de accidentes: determinación de la relación existente entre la
velocidad y los accidentes, que pueda ser utilizada para tomar medidas
correctivas.
Estudios de antes y después: para evaluar el efecto de algún cambio en los
controles o condiciones existentes.
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Velocidad
Estudios de Velocidad:
Estudios de Velocidad de Punto:
Las características de la velocidad de punto tienen las siguientes aplicaciones:
Proyecto geométrico: debido a que el proyecto geométrico usa velocidades
uniformes, es importante evaluar los efectos de las distribuciones de las
velocidades reales en las características del proyecto. En este sentido, están
directamente relacionados con la velocidad y varían apreciablemente con ella,
los elementos geométricos tales como la longitud de los carriles de cambio de
velocidad, la curvatura, el peralte, las distancias de visibilidad, etc.
Estudios de investigación: algunos casos en los cuales frecuentemente se
utilizan datos sobre velocidad son:
1) estudios de capacidad en relación con las velocidades promedio;
2) análisis diferencial de velocidades;
3) influencia en la velocidad provocada por obstrucciones laterales o
distracciones;
4) estudios sobre teoría de flujo vehicular.
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Velocidad
Estudios de Velocidad:
Estudios de Velocidad de Punto:
El método manual más utilizado para el registro de las velocidades de punto
es el del cronómetro, en el cual sobre una distancia determinada (50, 75 ó
100 metros) que se ha marcado con dos rayas de gis o pintura en el
pavimento, se miden los tiempos que tardan los vehículos en recorrerla. El
observador se sitúa en un lugar conveniente entre las marcas. Cuando las
ruedas delanteras de un determinado vehículo pasan sobre la primera marca,
el observador inicia la marcha del cronómetro, y cuando el mismo vehículo
toca la segunda marca con las ruedas delanteras, se detiene la marcha del
cronómetro. La velocidad se obtiene dividiendo la distancia prefijada, en
metros, entre el tiempo que se requirió para recorrerla, en segundos y
décimos de segundo. El resultado obtenido, en metros por segundo, se
convierte a kilómetros por hora.
Existen también dispositivos automáticos para medir velocidades de punto,
entre los cuales se puede mencionar el radar. Este instrumento, e mas
empleado actualmente, se basa en el principio fundamental de que una onda
de radio reflejada por un vehículo en movimiento experimenta una variación
en su frecuencia que es función de la velocidad del vehículo (efecto Doppler).
Midiendo el cambio de frecuencia es posible determinar la velocidad del
vehículo que la refleja.
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Velocidad
Estudios de Velocidad:
Estudios de Velocidad de Punto:
Cuando se trata del registro de velocidades de punto, y donde solamente
puede ser medido un porcentaje de los vehículos en una determinada sección,
se deben recolectar datos con base en una muestra que permita caracterizar
la población, la cual en este caso consiste en el volumen total de tránsito que
pasa por dicha sección durante el periodo de estudio.
La estadística descriptiva y la inferencia estadística deben ser utilizadas en el
análisis de los datos de velocidad de punto, debido a la incertidumbre que
existe en la caracterización de la población a partir de variables basadas en
una muestra, y debido a que no todos los vehículos en la corriente de tránsito
viajan a la misma velocidad, sino por el contrario siguen una distribución de
velocidades dentro de un amplio intervalo de comparación.
Para una mejor comprensión de los diversos parámetros estadísticos que
intervienen en el análisis de los datos de velocidad de punto, analizar el
ejemplo 9.4.1 (Ingeniería de Transito, Fundamentos y Aplicaciones , Cal Y
Mayor, 7ª Edición).
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Velocidad
Estudios de Velocidad:
Estudios de Velocidad de Recorrido:
Naturalmente para determinar la velocidad de recorrido es necesario tener los
tiempos de recorrido, los que a su vez están asociados con las demoras. Los
propósitos del estudio de tiempos de recorrido y demoras son: evaluar la
calidad del movimiento vehicular a lo largo de una ruta y determinar la
ubicación, tipo y magnitud de las demoras del tránsito. La calidad del flujo se
mide por las velocidades de recorrido y de marcha. En el momento del estudio
se miden los tiempos de recorrido y los tiempos de detención encada uno de
los tramos; los cuales son convertidos posteriormente a medidas de
velocidad. Para tal efecto se acostumbra utilizar el método del vehículo de
prueba o vehículo flotante.
La información de las demoras se registra cuando el flujo de tránsito es
detenido o forzado. Para un recorrido la duración de las demoras del tránsito
se mide en unidades de tiempo, anotando el lugar en que ocurren, causa y
frecuencia de las mismas. Las demoras pueden ser determinadas para
recorridos a lo largo de una ruta, durante un día y hora de la semana
específicos, así como en lugares seleccionados, donde existan serios
problemas de tránsito.
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Velocidad
Estudios de Velocidad:
Estudios de Velocidad de Recorrido:
Para el caso de rutas, los resultados de los estudios de tiempos de recorrido y
demoras, son útiles en la evaluación general del movimiento del tránsito,
dentro de un área o a lo largo de rutas específicas. Con estos datos se pueden
identificar los lugares conflictivos, donde el proyecto y las mejoras
operacionales pueden ser esenciales para incrementar la seguridad y la
movilidad.
Una relación general de las aplicaciones de la información del tiempo de
recorrido se describe a continuación:
Determinación de la eficiencia de una ruta, en terminos del movimiento del
transito carretero.
Identificación de las zonas congestionadas en el sistema vial principal.
Definición del congestionamiento, de acuerdo con el lugar, tipo de demora,
duración y frecuencia de las fricciones del transito.
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Velocidad
Estudios de Velocidad:
Estudios de Velocidad de Recorrido:
Una relación general de las aplicaciones de la información del tiempo de
recorrido se describe a continuación:
Evaluación de la efectividad de las mejoras viales, usando estudios de
“antes y después”.
Cálculo de costos usuario-vía para análisis económicos de las mejoras viales
y del transito.
Establecimiento de las tendencias de la velocidad de recorrido, por
muestreos periódicos de las rutas principales.
Cálculo de capacidad y volúmenes de servicio, para flujos de transito
continuo.
El capítulo 7 del Manual de Estudios de Ingeniería de Tránsito, presenta la
metodología a seguir en la determinación de los tiempos de recorrido y
demoras a lo largo de rutas.
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Velocidad
Estudios de Velocidad:
Estudios de Velocidad de Recorrido:
Los estudios de demoras en intersecciones permiten evaluar el
comportamiento del tránsito al entrar y cruzar o cambiar de dirección a través
de ellas. El factor principal que se evalúa en este estudio, es la eficacia del
control del tránsito.
Las aplicaciones de la información de las demoras son:
Evaluación de la eficiencia de las disposiciones del control de transito en
intersecciones y de los dispositivos para el control de carriles específicos.
Desarrollo de la programación adecuada en instalaciones de semáforos.
Cálculo del costo de las demoras en el análisis económico de carreteras y de
las mejoras al transito.
Evaluación de aspectos críticos de la geometría en el proyecto de
intersecciones.
El capítulo 8 del Manual de Estudios de Ingeniería de Tránsito presenta la
metodología para los estudios de demora en intersecciones.
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Velocidad
Estudios de Velocidad:
Estudios de Velocidad de Recorrido:
Los estudios de velocidad y demoras del transporte público se realizan con el
propósito de evaluar la calidad del servicio a lo largo de sus rutas, para así
determinar la ubicación, tipo y duración de las demoras en los vehículos del
transporte de pasajeros. La eficiencia del servicio de transporte público de
pasajeros se mide en términos de velocidad de recorrido, velocidad de
marcha, factores de carga y apego al horario.
En el estudio de campo se obtiene el tiempo total de recorrido y de marcha
para luego convertirlos a sus velocidades correspondientes. La información de
las demoras se registra cuando un vehículo de pasajeros está detenido o
bloqueado. La duración de las demoras se mide en segundos, anotando la
ubicación y causa de las mismas a lo largo de la ruta. Se miden desde el
momento en que se detiene el vehículo hasta que empieza a moverse otra
vez.
En el capítulo 12 del Manual de Estudios de Ingeniería de Tránsito aparece la
metodología para llevar a cabo los estudios de velocidad y demoras del
transporte público.
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