1-1 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN FACULTAD DE MINAS ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL INGENIERÍA DE TRÁNSITO GUÍA DE CLASE. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix Profesor asociado Medellín, febrero de 2007. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-2 SINOPSIS DE INGENIERÍA DE TRÁNSITO. La ingeniería de tránsito contempla conocimientos útiles en la solución de problemas de circulación en vías en entorno urbano y rural; se imparte en el pregrado y postgrado, por ello, el texto sirve principalmente para la carrera de ingeniería civil pero algunos de sus capítulos pueden ser comunes para la especialización en vías y transporte. Se inicia reconociendo los elementos del tránsito pero debido al alcance limitado de la asignatura no todos se estudian con igual profundidad seleccionando algunos aspectos de ellos, en consecuencia, se sigue con algunos parámetros del tránsito como el volumen y la velocidad que se interrelacionan en la teoría de flujo de tránsito y continua con una aplicación particular a la formación de colas describiendo alguna teoría que la rige, posteriormente se ven las herramientas y procedimientos para valorar los parámetros del tránsito a través de los estudios técnicos de tránsito que producen los insumos para el análisis operacional, su aplicación se refleja en el capítulo sobre los niveles de servicio y capacidad en algunos tipos de infraestructuras como las carreteras de dos carriles que representan la mayoría de las carreteras rurales y los semáforos como los dispositivos de control del tránsito más comunes en las ciudades, se sigue con el tratamiento de diseños complementarios a las vías como su señalización y estacionamientos y se termina con una visión global de la planeación de intersecciones y tratando un problema gravísimo en la circulación como es la accidentalidad. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-2 TABLA DE CONTENIDO INGENIERÍA DE TRÁNSITO ................................................................................................................................ 1-1 GUÍA DE CLASE. ................................................................................................................................................. 1-1 1. ELEMENTOS DEL TRÁNSITO ................................................................................................................... 1-6 1.1 1.2 1.3 2. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 1-6 ELEMENTOS DEL TRÁNSITO. .......................................................................................................... 1-10 BIBLIOGRAFÍA: .................................................................................................................................. 1-27 VOLUMEN .................................................................................................................................................... 2-28 2.1 2.2 2.3 2.4 3. VARIACIONES DE LOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO. ................................................................. 2-29 PATRONES DEL VOLUMEN DE TRÁNSITO. .................................................................................. 2-31 VOLUMEN HORARIO DE DISEÑO (VHD) ....................................................................................... 2-32 BIBLIOGRAFÍA: .................................................................................................................................. 2-34 VELOCIDAD ................................................................................................................................................. 3-35 3.1 4. BIBLIOGRAFÍA: .................................................................................................................................. 3-41 TEORIA DE FLUJO DE TRÁNSITO ........................................................................................................ 4-42 4.1 NATURALEZA E INTERÉS DEL TEMA ............................................................................................ 4-42 4.1.1 Modelos de tránsito. .......................................................................................................................... 4-42 4.1.1.1 Colas móviles .......................................................................................................................................... 4-42 4.1.2 Objetivos de este libro ....................................................................................................................... 4-43 4.2 MODELOS DE VARIABLES BÁSICAS DE TRÁNSITO. .................................................................. 4-43 4.2.1 Intensidad de tránsito (q) [Volumen] ................................................................................................ 4-43 4.2.2 Densidad del tránsito (k) ................................................................................................................... 4-46 4.2.3 La velocidad (v)................................................................................................................................. 4-46 4.2.4 El intervalo ........................................................................................................................................ 4-49 4.2.5 El espaciamiento (s) .......................................................................................................................... 4-55 5. TEORÍA DE FILAS ...................................................................................................................................... 5-56 5.1 FILAS DE ESPERA ............................................................................................................................... 5-58 5.1.1 COMPONENTES .............................................................................................................................. 5-59 5.1.1.1 5.1.1.2 5.1.1.3 5.1.2 6. Sistemas de filas de espera: ..................................................................................................................... 5-59 CARACTERÍSTICAS DEL FENÓMENO ............................................................................................. 5-60 NOTACIÓN KENDAL ........................................................................................................................... 5-60 FILA CON UNA ESTACIÓN ............................................................................................................. 5-61 ESTUDIOS DE TRÁNSITO ......................................................................................................................... 6-66 6.1 CONTEO MANUAL DE TRÁNSITO EN INTERSECCIONES .......................................................... 6-66 6.1.1 Introducción ...................................................................................................................................... 6-66 6.1.2 Objetivos ........................................................................................................................................... 6-67 6.1.3 Factores de equivalencia vehicular .................................................................................................. 6-67 6.1.4 Descripción del trabajo de campo .................................................................................................... 6-68 6.1.5 Asignación de personal ..................................................................................................................... 6-71 6.1.6 Materiales ......................................................................................................................................... 6-71 6.1.7 Instrucciones para el llenado de formatos de campo ........................................................................ 6-72 6.1.8 Procesamiento de la información en oficina ..................................................................................... 6-72 6.1.9 Presentación de resultados ............................................................................................................... 6-73 6.1.10 Análisis de información ................................................................................................................ 6-73 6.2 CONTEO MANUAL DE TRÁNSITO ENTRE INTERSECCIONES (EN TRAMOS VIALES)................. 6-76 6.2.1 Objetivos ........................................................................................................................................... 6-76 6.2.2 Descripción del trabajo ..................................................................................................................... 6-76 6.2.3 Instrucciones para el llenado de formatos de campo ........................................................................ 6-77 6.2.4 Asignación de personal ..................................................................................................................... 6-77 Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-3 6.2.5 Materiales ......................................................................................................................................... 6-78 6.2.6 Presentación de resultados ............................................................................................................... 6-78 6.2.7 Análisis de información ..................................................................................................................... 6-78 6.3 ESTUDIOS DE ORIGEN Y DESTINO ................................................................................................. 6-78 6.3.1 Introducción ...................................................................................................................................... 6-78 6.3.2 Descripción y uso .............................................................................................................................. 6-78 6.3.3 ¿Dónde hacer el estudio? .................................................................................................................. 6-79 6.3.4 Personal y equipo. ............................................................................................................................. 6-79 6.3.5 Área de estudio .................................................................................................................................. 6-79 6.3.6 Métodos ............................................................................................................................................. 6-80 6.3.6.1 6.3.6.2 6.3.6.3 6.3.6.4 Método 1: Encuesta a conductores de vehículos. .................................................................................... 6-81 Método 3: Placas de vehículos en movimiento. ....................................................................................... 6-82 Método 6: Encuesta domiciliaria. ............................................................................................................ 6-83 Método 12: Estudio integral de origen y destino. .................................................................................... 6-86 6.4 ESTUDIOS DE TIEMPOS DE RECORRIDO Y DEMORAS............................................................... 6-86 6.4.1 Introducción ...................................................................................................................................... 6-86 6.4.1.1 6.4.1.2 6.4.2 Definiciones ............................................................................................................................................ 6-86 Objetivos ................................................................................................................................................. 6-88 Método del vehículo flotante. ............................................................................................................ 6-88 6.4.2.1 6.4.2.2 6.4.2.3 Horas de estudio y recorridos. ................................................................................................................. 6-89 Formatos de campo. ................................................................................................................................ 6-89 Resultados ............................................................................................................................................... 6-94 6.5 EVALUACIÓN ECONÓMICA DE CARRETERAS ............................................................................ 6-95 6.5.1 Costos del proyecto ........................................................................................................................... 6-95 6.5.1.1 6.5.1.2 6.5.2 Beneficios del proyecto ..................................................................................................................... 6-97 6.5.2.1 6.5.2.2 6.6 7. Costos de inversión ................................................................................................................................. 6-95 Costos de conservación y mantenimiento ................................................................................................ 6-96 Costos de operación................................................................................................................................. 6-97 Costos de operación - MODELO HDM-IV-Submodelo VOC ................................................................ 6-97 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................... 6-98 CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO ............................................................................................... 7-99 7.1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................... 7-99 7.2 ESTADO DE UN VEHÍCULO EN LA CORRIENTE VEHICULAR ....................................................................... 7-99 7.3 INDICADORES DE LAS RELACIONES ENTRE VEHÍCULOS. .......................................................................... 7-99 7.4 RELACIONES ENTRE CORRIENTES VEHICULARES ..................................................................................... 7-99 7.5 CORRIENTES VEHICULARES EN VÍAS DE CIRCULACIÓN CONTINUA ........................................................ 7-100 7.5.1 Diferencias entre vías de dos carriles y autopistas. ........................................................................ 7-101 7.6 CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO. ................................................................................................... 7-103 7.6.1 Capacidad ....................................................................................................................................... 7-103 7.6.2 Niveles de servicio ........................................................................................................................... 7-103 7.7 CORRIENTES VEHICULARES EN VÍAS DE CIRCULACIÓN DISCONTINUA ................................................... 7-104 7.8 CONCEPCIÓN MICROSCÓPICA DEL TRÁNSITO. ....................................................................................... 7-107 7.8.1 La invariabilidad de la brecha ........................................................................................................ 7-107 7.8.2 Significación de la invariabilidad de la brecha. ............................................................................. 7-108 7.9 MÉTODO COLOMBIANO PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO EN CARRETERAS DE DOS CARRILES (INVIAS, 1996). ................................................................................... 7-109 7.9.1 Definiciones..................................................................................................................................... 7-109 7.9.2 Principios básicos del manual. ....................................................................................................... 7-110 Importancia de los factores geométricos sobre los del tránsito. ........................................ 7-111 Velocidad media de recorrido. ............................................................................................................. 7-111 Aplicación de los factores de corrección. ............................................................................................ 7-111 7.9.3 Identificación de factores que influyen en la operación de vehículos en carreteras de dos carriles. ... 7111 Factores que influyen en la circulación del tránsito ............................................................................ 7-111 o Efecto de la curvatura y el peralte ....................................................................................................... 7-111 o Efecto de las pendientes longitudinales ............................................................................................... 7-111 Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-4 o Efecto de los camiones. ........................................................................................................................ 7-112 o Efecto del estado de la superficie de rodadura. ................................................................................... 7-112 7.9.4 Cálculo de la capacidad .................................................................................................................. 7-112 7.9.5 Cálculo del Nivel de Servicio .......................................................................................................... 7-120 7.9.6 Ejemplos. ......................................................................................................................................... 7-130 7.10 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 7-133 8. SEMÁFOROS .............................................................................................................................................. 8-134 8.1 9. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................................... 8-134 SEÑALIZACIÓN ........................................................................................................................................ 9-135 9.1 9.2 9.3 9.4 9.4.1 9.4.2 9.4.3 9.5 9.5.1 9.5.2 9.5.3 9.5.4 9.6 9.7 9.8 10. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................... 9-135 FUNCIÓN ............................................................................................................................................... 9-135 CLASIFICACIÓN ..................................................................................................................................... 9-136 SEÑALES ............................................................................................................................................... 9-136 Preventivas ...................................................................................................................................... 9-136 Reglamentarias ............................................................................................................................... 9-138 Informativas .................................................................................................................................... 9-139 UBICACIÓN DE SEÑALES ....................................................................................................................... 9-140 Rural................................................................................................................................................ 9-141 Urbano ............................................................................................................................................ 9-141 Elevadas .......................................................................................................................................... 9-142 A lo largo de la vía .......................................................................................................................... 9-142 MARCAS VIALES ................................................................................................................................... 9-144 SEÑALIZACIÓN EN ETAPA DE CONSTRUCCIÓN Y CONSERVACIÓN. ......................................................... 9-150 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 9-151 INTERSECCIONES............................................................................................................................. 10-152 10.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 10-152 10.2 DATOS DE DISEÑO ......................................................................................................................... 10-152 10.2.1 Datos funcionales ..................................................................................................................... 10-152 10.2.2 Datos físicos ............................................................................................................................. 10-152 10.2.3 Datos de tránsito ...................................................................................................................... 10-152 10.2.4 Accidentes................................................................................................................................. 10-152 10.2.5 Relación con otras intersecciones ............................................................................................ 10-153 10.3 INTERSECCIONES SIN CANALIZAR. CONDICIONES MÍNIMAS. ........................................... 10-153 10.4 CRITERIOS PARA LA CANALIZACIÓN DE INTERSECCIONES .............................................. 10-153 10.5 SOLUCIONES TÍPICAS DE INTERSECCIONES. .......................................................................... 10-154 10.5.1 Intersecciones de tres vías. ....................................................................................................... 10-154 10.5.2 Intersecciones de cuatro vías. .................................................................................................. 10-157 10.5.3 Intersecciones de más de cuatro vías ....................................................................................... 10-160 10.5.4 Glorietas ................................................................................................................................... 10-160 10.5.5 Intersecciones a desnivel .......................................................................................................... 10-161 10.5.5.1 10.5.5.2 10.6 11. De tres ramales ................................................................................................................................10-162 De cuatro ramales ............................................................................................................................10-165 BIBLIOGRAFÍA. .............................................................................................................................. 10-168 ESTACIONAMIENTOS ...................................................................................................................... 11-169 11.1 DEFINICIONES ..................................................................................................................................... 11-169 11.2 COMPONENTES FÍSICOS EN UN SISTEMA DE TRANSPORTE .................................................................... 11-169 11.3 CARACTERÍSTICAS DEL ESTACIONAMIENTO SEGÚN EL PROPÓSITO DEL VIAJE. .................................... 11-169 11.4 TIPOS DE ESTACIONAMIENTO .............................................................................................................. 11-170 11.4.1 En la vía pública....................................................................................................................... 11-170 11.4.2 Fuera de la vía. ........................................................................................................................ 11-170 11.5 OFERTA Y DEMANDA DE ESTACIONAMIENTO ...................................................................................... 11-172 Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 12. 1-5 ACCIDENTALIDAD ........................................................................................................................... 12-173 12.1 ESTUDIO DE ACCIDENTALIDAD ........................................................................................................... 12-173 12.1.1 Causas aparentes y reales ........................................................................................................ 12-173 12.1.2 Falla de la operación del tránsito. ........................................................................................... 12-173 12.1.3 Magnitud del problema ............................................................................................................ 12-173 12.2 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 12-174 Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-6 1. ELEMENTOS DEL TRÁNSITO La referencia principal de este capítulo es el libro titulado PRINCIPIOS DE INGENIERÍA DE TRÁNSITO del Doctor Guido Radelat Egües editado en el 2003 y patrocinado por el Institute of Transportation Engineers – ITE. INTRODUCCIÓN 1.1 Las vías de comunicación primitivas Trochas Preocupación por acceso motivó a crear caminos que servían inicialmente para la circulación de personas y bestias denominados caminos de herradura. El hombre es un animal social que se convirtió en un sedentario formando comunidades urbanas. La dinámica de crecimiento de las aglomeraciones urbanas dio vida a la calle. Evolución del camino Hace 6000 años aproximadamente nació la rueda. Fue necesario adaptar los caminos a la circulación de las características de las carretas surgiendo el camino carretero o las carreteras. El tránsito en las carreteras era penoso, entonces, las vías marítimas y fluviales eran mejores para el transporte resultando en la prosperidad de los puertos. Los caminos solo servía para personas, animales y el transporte de bienes caros y ligeros. En el siglo xviii inicia los progresos del camino a la par de los vehículos de tracción animal. Crecen las ciudades en Europa y en EUA: A mediados del siglo xix nace el ferrocarril. Evolución de la calle Fue distinta a la de los caminos. El surgimiento de las grandes ciudades fue antes que los grandes caminos. La calle es de uso peatonal y de las bestias características de la ciudad peatonal. Leibbrand planteó leyes que restringen el desarrollo urbano. o 1ª: Limitado según los recursos de su zona tributaria. Hoy esta ley no se cumple. o 2ª: Limitado por la duración del viaje cotidiano (valor tolerable). Ejemplo: Si se asume que la jornada a pie diaria sea máxima de 30 minutos y la velocidad a pie es de 4,5 a 5 km/h, entonces, el Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-7 recorrido máximo sería de aproximadamente 2 km que podría asumirse como el radio máximo de una ciudad peatonal resultando en un área de 1250 Ha y con una densidad máxima de 600 habitantes por Ha correspondería a una población máxima de 800.000 habitantes. Las calles de una ciudad peatonal son angostas, tortuosas e inapropiadas para los vehículos. Si la ciudad quería crecer entonces necesitaba el mejoramiento de las calles. En el siglo xix el tránsito de vehículos de tracción animal era intenso y con la participación del ferrocarril a través de los tranvías surge la “congestión del tránsito” mitigada por la incipiente regulación del tránsito y las reformas urbanas, por ejemplo, se tenían los bulevares de París. La revolución automotriz En el siglo xx aparece el “vehículo automotor” que se le veía como un artefacto extraño deportivo de lujo pero evolucionó hasta convertirse en un medio útil y práctico. El nuevo vehículo encontró los caminos malos entonces fue necesario repararlos, mejorarlos y adaptarlos (a las características físicas y operativas del vehículo), construir nuevos caminos que fuesen estables y que permitieran “acceso”. Solucionado el aspecto “acceso”, la seguridad quedó en manos de la policía y los usuarios. Al principio las cosas marcharon bien (Vehículos escasos y velocidades bajas) pero los nuevos vehículos desarrollaron velocidades mayores (mejorando la “movilidad”), el número de vehículos creció al igual que los conflictos, accidentes y desde luego la congestión (Resultando en la disminución de la “movilidad”). Era preciso ganar “seguridad” a costa de perder “movilidad”. En los caminos rurales la dificultad no era la congestión sino la seguridad. Los ingenieros vales hacían mejoras sin considerar al elemento humano. La ingeniería de tránsito. Génesis El problema necesita un enfoque técnico estudiando no solo el movimiento de los vehículos sino también a sus conductores. Era necesario crear una técnica de circulación que tuviese en cuenta las leyes físicas y factores humanos (Esta técnica tomó fuerza en EUA debido a los problemas de tránsito). Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-8 En 1920 se empezó a gestar esa rama del saber, especialidad de la ingeniería civil. En 1930 se definió la profesión: se fundó el “Institute of Traffic Engineers” (Hoy Institute of Transportation Engineers) que se preocupó inicialmente por resolver la accidentalidad y luego estudiar fenómenos del tránsito surgiendo la “ingeniería de tránsito”. ¿Qué es la ingeniería de tránsito? Rama de la ingeniería civil que estudia los cinco elementos fundamentales del tránsito: el conductor, el peatón, el vehículo, la vía y el medio ambiente y sus relaciones. Instrumento básico: Estudios de tránsito (Volumen, velocidad, interacción, estacionamiento, accidentes, etc.) Se aplican: leyes matemáticas, probabilidades, física y medios científicos para racionalizar la información (Estudios de tránsito) y modelar la circulación. Modelos computacionales: Son herramientas que ayudan en el cálculo de la capacidad y los niveles de servicio. El conocimiento racional de la circulación permite que la ingeniería de tránsito mejore la circulación aplicando medios restrictivos racionales logrando la eficiencia que no se lograba con las medidas arbitrarias implementadas antes de la ingeniería de tránsito. Medios restrictivos: Disposiciones legales (generales y particulares) y la forma de hacerlas conocer (divulgar) para lograr mayor eficiencia en los “dispositivos para regular el tránsito” que actúan sobre conductores, peatones y vehículos. Medios constructivos: Proporcionando estructuras adecuadas a los vehículos y peatones. Definición de ingeniería de tránsito. Según Radelat (2003): “Rama de la ingeniería civil cuyo objetivo es el movimiento seguro y eficiente de peatones y vehículos por vías terrestres”. o “Rama de la ingeniería”: no es u arte, ni ciencia, sino una profesión de carácter tecnológico que aplica principios científicos, técnicas, arte y sentido común. o “movimiento seguro y eficiente de peatones y vehículos”: No interesa lo que lleven los vehículos ni porque circulan excepto que su carga afecte la seguridad. o “seguridad”: No solo de peatones y conductores sino de todos los afectados. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-9 o “eficiencia”: Considerando los “factores económicos” (peatones, ocupantes, afectados, propietarios de empresas de transporte), “factores personales” (esfuerzo en la conducción, comodidad, costos, etc.) y “factores ambientales” (contaminación). o “vías terrestres”: Por aquellas donde circulan vehículos automotores y peatones. No son vías férreas, ni acuáticas, ni aéreas. La ingeniería de transporte. La ingeniería de tránsito no puede resolver todos los problemas de tránsito pues hay muchos factores que escapan a su control. El ingeniero de tránsito necesita de otros profesionales para resolver problemas. El ingeniero de tránsito solo tiene responsabilidad en el movimiento de unidades de tránsito por vías terrestres y no es de su competencia tratar de modificar el contenido de los vehículos, ni el “modo de transporte” que eligen las personas que si compete a la “ingeniería de transporte”. Las modalidades y elementos del transporte se presentan en el cuadro 1. MODALIDADES Y ELEMENTOS 1. Por vías terrestres. a. Vehículos terrestres. b. Carreteras. c. Calles. 2. Por vías férreas. a. Ferrocarriles interurbanos. b. Ferrocarriles urbanos. 3. Por vía aérea. a. Aviones. b. Aeropuertos. 4. Por vías acuáticas. a. Barcos. b. Puertos c. Canales 5. Por sistemas continuos. a. Acueductos. b. Oleoductos o gasoductos. c. Transportadores. “Ingeniería de transporte”: “Rama de la ingeniería cuyo objetivo es el movimiento seguro y eficiente de personas y cosas por distintas modalidades de transporte”. La ingeniería de tránsito está contenida en la ingeniería de transporte. La ingeniería de transporte tiene un objetivo más amplio. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-10 Las actividades de la ingeniería de transporte del cuadro 2 son más amplias que las de la ingeniería de tránsito que se concentra en la operación, algo de investigación y colabora en el planeamiento y diseño geométrico de vías. ACTIVIDADES 1. Planeamiento 2. Diseño 3. Construcción 4. Conservación. 5. Operación. 6. Investigación. Subramas de la ingeniería de transporte puede ofrecer soluciones al tránsito. Otra subrama de la ingeniería de transporte, mediante estudios origendestino, puede estimar necesidades de mejoramiento de vías pero esto es en la situación actual, para garantizarlo en una vida útil, requiere de planeación de transporte urbano y regional. La demanda de transporte. La ingeniería de transporte busca satisfacer la “demanda” de transporte de la mejor manera con la “oferta”. Para tratar de cambiar la demanda de transporte es necesario acudir a la informática, telecomunicaciones, sociología, administración pública, economía y el urbanismo. ELEMENTOS DEL TRÁNSITO. 1.2 Vía, tránsito y circulación. Vía: Solo considera las terrestres compuestas generalmente por calzadas y carriles. Según el Diccionario de la Real Academia de la Lengua española, “tránsito” es la acción de ir o pasar de un punto a otro por vías o parajes públicos. “Tráfico” es el tránsito de personas y circulación de vehículos por calles, carreteras o caminos, etc. Unidades de tránsito: son los peatones, vehículos y las bestias. Circulación: Movimiento de peatones o vehículos por una vía en particular (Se refiere al paso de uno solo de ellos en vez de grupos como se refiere la palabra tránsito). Corrientes vehiculares Conjunto de vehículos que circulan por una vía en el mismo sentido en una o más filas. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-11 Los parámetros (macroscópicos) fundamentales del tránsito son: el volumen, la velocidad media y la densidad. o Volumen: Número de vehículos que pasan por un punto de la vía en las unidad de tiempo. o Flujo: se denomina al volumen en general, al volumen medido en periodos menores a una hora, a una corriente vehicular o a grupos de vehículos que efectúan movimientos hacia una dirección determinada. o Intensidad: se denomina al volumen por carril. o Velocidad media: es el cociente entre el espacio recorrido y la unidad de tiempo. o Velocidad medio de una corriente vehicular: es la relación entre la longitud del tramo recorrido y el tiempo medio que se tarda en viajarlo. Este tipo de velocidad es espacial (a diferencia de la temporal). o Densidad de tránsito: es la relación entre el número de vehículos en una calzada o carril entre la longitud del tramo correspondiente. o Densidad media del tránsito: es la división del número de vehículos promedio en la calzada o carril y la longitud correspondiente. o Tiempo de recorrido: es aquel que considera el consumido en las demoras. o Tiempo de viaje: el necesario para viajar del origen al destino. o Demora: el tiempo perdido por los ocupantes de un vehículo cuando no puede ir a la velocidad deseada. Importancia del elemento humano Elementos activos: conductor, motociclista, ciclista y peatón. Elemento pasivo: el pasajero. El elemento humano activo le imprime a la ingeniería de tránsito un sello particular. Es difícil predecir el comportamiento humano frente a las medidas de ingeniería de tránsito. Las reacciones humanas varías de uno a otro y están influenciadas por el medio en el que viven, varían geográficamente y esto explica el mal funcionamiento de medidas importadas sin adaptar. El conductor: El ingeniero de tránsito debe conocer sus capacidades, características físicas y mentales para comprender su papel en el tránsito y poder actuar Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-12 en consecuencia (Reglamentos, diseños, construcción, modificación, conservación y operación). Según el interés y situación del ingeniero de tránsito se selecciona el tipo de conductor. Por ejemplo: Si se busca una solución óptima al conjunto de condiciones habituales y no existen problemas apreciables de seguridad, entonces, interesaría considerar al conductor promedio. Características físicas del conductor: Domine el vehículo Tarea de Guíe por la vía con la velocidad adecuada, conducir (Exige obedeciendo las normas, respetando al al conductor) peatón y otros vehículos. Oriente su vehículo hacia donde quiere ir. Necesita: experiencia y condiciones físicas y mentales. Vista del conductor: Factor humano importante porque guía (Agudeza visual). Agudeza estática vs. Agudeza dinámica. La que se evalúa para otorgar la licencia de conducción Es más importante: Permite estimar distancias, rapidez de reacción, distinción de colores y prontitud del enfoque. El diseño de dispositivos de control del tránsito se realiza considerando los individuos con agudeza visual deficiente. Campo visual: (Ver Figura 1 de campo visual). o En el campo de agudeza visual se puede percibir los objetos con todo detalle, se puede leer. o En el campo hasta el límite de visión se reconocen letreros pero no se puede leer. o En el campo exterior a los anteriores se aprecia las diferencias de iluminación y movimiento. Los objetos se ven borrosos. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-13 FIGURA 1. Campo visual (Hobbs y Richardson, 1967) Fuente: Mencionado en: CORRÊA DA ROCHA, Luiz Paulo y ALVES BORGES, Comba Maria. Efeitos do posicionamiento dos semáforos no tráfego. (1988) COPPE - Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, Brasil. En: Memorias del IV Congreso Panamericano de Ingeniería de Tránsito y Transporte. Mayagüez, Puerto Rico. Observar si deslumbrarse por las Dificultades luces de otros vehículos. visuales en la Recobrarse de encandilamiento. noche Ver con poca iluminación. Pueden agregarse condiciones difíciles como niebla, lluvia y otras precipitaciones. Otras sensaciones que influyen en la conducción: acústicas, odoríferas, táctiles, musculares y de estabilidad. Sensibilidad física Disminuye con la edad. vs. Experiencia y Aumenta con la edad (Compensa la falta de sensibilidad madurez física con un mayor grado de atención) Características mentales: tiempo de reacción. Se manifiesta mediante el tiempo de reacción (Rapidez de la respuesta a circunstancias esperadas o inesperadas). Proceso en el tiempo de reacción Involuntarias (Acto reflejo) Sensaciones Reacciones Voluntarias (Sensación = percepción) Reconocimiento de la sensación por parte del cerebro y la médula Percepción espinal. Análisis de comparación con Si hay poca experiencia => experiencias pasadas y decide lo aumenta el tiempo de Intelección que hay que hacer. interpretación => aumenta el tiempo de intelección Volición Voluntar de actuar a través de los nervios motores. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-14 Tiempo de reacción = tiempo desde la impresión hasta el inicio de la reacción a ella (Producto del acto reflejo o del proceso sensación + percepción + intelección y volición). Tiempo de reacción = f (emociones, experiencia, estado sensorial, grado de atención). Varía desde valores menores de 1 s (casos sencillos) hasta valores de 4 o 5 s (Procesos complicados). Ejemplo del tiempo de reacción al frenar: Según Johannsson y Rumar: Conductores que esperan frenar requieren entre 0,3 s y 2 s. Conductores que no esperan frenar requieren entre 0,01s y 0,03s más (Hay 10% de conductores que requieren de 1,5 s de más). Según la AASHTO el tr mín 0,64 s (Condiciones alertas) En laboratorio 1,64 s (Condiciones sorprendidos) En la vía para condiciones complejas pero no 2,5 s para las excepcionalmente intrincadas. Características mentales: conocimientos, destrezas y actitudes. Conocimientos Uso del vehículo, reglas del tránsito. Habilidad en la conducción (Mejor dominio del vehículo y Destreza mayor exactitud para apreciar distancias y velocidad) = f(cualidades, manera y edad de aprendizaje, experiencia) Tendencia a reaccionar positivamente o negativamente (Para los demás) en presencia de un objeto psicológico. Contribuye a que el ambiente en la vía sea plácido y seguro u hostil y peligroso. Factores que influyen en el nivel de riesgo: premura por llegar, Actitud tiempo de conducción, preocupaciones, distracciones. Actitudes nacen de características innatas pero pueden modificarse mediante educación, opinión colectiva, ideas sobre prestigio, vigilancia de la policía, propagandas comerciales, programas de orientación. El peatón: Factor importante que complica los problemas de circulación. Vulnerable. Aprecia mejor las condiciones del tránsito por la lentitud de su circulación. Los niños corren más riesgos por su inmadurez, poca experiencia, exceso de energía). Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-15 Ancianos corren más riesgos (Deficiencias físicas, reacciones lentas, testarudez). Velocidad 4,4 km/h. El vehículo: Autos = Vehículos de 2 ejes, 4 ruedas, capacidad hasta de 8 ocupantes, en ingeniería de tránsito se incluyen a los camiones pequeños, vehículos livianos. Buses = Vehículos con capacidad hasta de 15 ocupantes, 2 o 3 ejes, en ingeniería de tránsito se clasifican como urbanos e interurbanos. Camiones = Vehículos con más de 4 ruedas para transportar carga, son rígidos (motor + carga en un solo chasis) y combinados (Unidad tractora + remolque o semi-remolque). De 2 ruedas = Capacidad para 1 o 2 personas, bicicletas, motos, numerosos en países en vía de desarrollo. Otros = Furgonetas, microbuses, minibuses, busetas, etc. Vehículos de 3 ruedas = mototaxis o bicitaxis. Camperos Sobre rieles. Vehículo recreativos Vehículos de tracción animal. Dinámica del vehículo automotor Motor de combustión interna: Convierte la energía química de un combustible en energía mecánica. Potencia del motor Dinámica: Potencia es el trabajo realizado en la unidad de tiempo y trabajo es la aplicación de una fuerza para recorrer una distancia: Trabajo fuerza * dis tan cia t t espacio Velocidad t Potencia potencia = fuerza * velocidad Unidades de potencia o Caballo vapor (cv) =75 kg-m/s o Horsepower (HP) =1,0139cv Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-16 o Watt (w) = potencia necesaria para producir un “ampere” de corriente eléctrica con una presión de un “volt”. o 1kw = 1,3596 cv “Potencia nominal o bruta” de un motor o Potencia máxima que dan los fabricantes o En un banco de prueba (Motor nuevo) o A 20ºC y Nivel del mar “Potencia efectiva o neta” o Potencia máxima de los motores instalados en el vehículo y que entrega por la propulsión. o En condiciones normales de funcionamiento. Diferencia entre Potencia bruta y Potencia neta: o Debida a los elementos instalados en el vehículo (Ventiladores, generadores, etc.) o Altitud y temperatura o Desgaste de piezas (envejecimiento) o Trato y conservación. o Ejemplo: Glauz y Harwood dice que en EU las pérdidas en potencia bruta es del 50% a 100 km/h en autos y del 6% en camiones. o En Argentina (Federación de camioneros) del 18% al 20%. o En México (Mendoza y Mayoral) del 15%. Motor: Transforma el desplazamiento longitudinal de los émbolos en la rotación del eje del motor generando un par motor al cual el conductor le imprime velocidad de rotación oprimiendo el acelerador del vehículo dando como resultado la Potencia del motor. En la Figura 2 se ilustra la relación entre el número de revoluciones del motor vs. potencia, par motor y consumo de combustible. o La potencia máxima y el par motor máximo no coinciden. o Por ejemplo en vehículo liviano el par motor puede darse a 4000 rpm y la Potencia máxima a 5200 rpm. o Las revoluciones normales de un auto varían entre 1000 y 6000 rpm. o Las revoluciones normales de un camión varían entre 1000 y 2200 rpm. Por ejemplo un motor diesel mediano MAN 19215 DH tiene potencia máxima de 215 cv a 2200 rpm y el par máximo (o torque máximo) de 76 kg-m a 1400 rpm. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 1-17 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Figura 2. Relación entre las revoluciones de un motor diesel mediano de un camión MAN 19215 DH contra la potencia, el par motor y el consumo de combustible. FUENTE: DEJAN RADULOVIC SCHÄFER (1982). Transporte automotor de carga. Serie: Tecnológica. Primer parte. El autor: Primera edición. Santafé de Bogotá, D. C. p.44. Ruedas motrices Son la propulsión de los vehículos a motor. El motor transmite a través de la transmisión la rotación de las ruedas motrices cambiándole su velocidad usando los cambios de la caja. Potencia = fuerza * velocidad (Si se mantiene la velocidad del motor y sin considerar el menor rendimiento del motor con los cambios bajos). w Velocidad de rotación del motor k Re ducción de marcha Velocidad de rotación de ruedas motrices Velocidad lineal de avance V 0,06 Dw k Donde: Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix Cambi o 1 2 3 4 k 10 . . 3 1-18 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO V = Velocidad del vehículo [km/h] D = Diámetro de la rueda [m] w = velocidad de rotación del motor [rpm] k = Reducción de marcha Según De la Torre y otros: Ft 270 N V Donde: Ft = Fuerza tractora en las ruedas motrices [kg] N = Potencia neta del motor utilizada [cv] V = velocidad del vehículo [km/h] = rendimiento de la transmisión = 1-0,02(# de cambios de marcha desde la marcha directa) EJEMPLO Un camión asciende un tramo recto con pendiente de 3% de inclinación a velocidad constante de 50 km/h (Usa la potencia máxima aunque no el par motor máximo) y lo sigue un automóvil sin posibilidad de adelantarlo con las siguientes condiciones: Ítem N = Potencia neta (cv) D (m) Número máximo de cambios Cambio que usa w Automóvil 45 0,60 4 4 Vk 50 * 3 1326 rpm 0,06D 0,06 * * 0,6 Ft 270 1 0,028 6*125 648 kg 50 Funcionamiento de la rueda motriz Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix Camión 125 8 6 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-19 Figura ¿. Fuerzas que intervienen en una rueda motriz. Fuente: G. Radelat. “Principios de ingeniería de tránsito” (Washington, D.C.: ITE, 2003), 20 Resistencias al avance del vehículo RESISTENCIAS Inercia FORMULA Pa Ri g Rr rP Rodadura Ra 0,5CAVr2 Aire Pendiente R p PI Curvas Rc 0,5 SIGNIFICADOS P = Peso del vehículo[kg] a = aceleración [m/s2] g = gravedad = 9,81m/s2 r = coeficiente de resistencia a la rodadura. Ver Tabla. = densidad del aire = 0,125(12,26*altitud*10-5)4,225 [kg masa/m3] C = coeficiente aerodinámico A = área transversal del vehículo [m2] Vr = Velocidad relativa del vehículo y el viento. [m/s] I = inclinación de la pendiente [º/oo] 0,0185V 2 P V = Velocidad del vehículo [km/h] R = radio de curvatura [m] gR R Ri Rr Ra R p Rc TOTAL R vs. Ft Si Ft > R => Puede acelerar Si Ft = R => Circula a velocidad constante Si Ft < R => Debe reducir velocidad o detenerse Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 1-20 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Tabla Coeficientes de resistencias al rodamiento, r, por tipo de vehículo y superficie. Superficie de rodamiento Pavimento en buen estado Pavimento en mal estado Afirmado en buen estado Afirmao en mal estado Tipo de vehículo Automóviles Camines y buses 0,023 0,014 0,026 0,016 0,024 0,016 0,030 0,017 FUENTE: Fuente: G. Radelat. “Principios de ingeniería de tránsito” (Washington, D.C.: ITE, 2003), 21. Análisis de datos de una investigación de Brasil-UNDP-Banco Mundial, citado en Thawat Watanatada, Ashok M. Dhareshwar y Paulo Roberto S. Rezende_Lima, Vehicle speeds and operating costs: Models for road planning management, Publicación del Banco Mundial, (Baltimore y Londres: The John Hopkins University Press, 1987), 39. EJEMPLO Considérese dos vehículos (un camión y un auto) ascendiendo una pendiente del 3% de inclinación en un tramo recto y con las siguientes características: Ítem Potencia neta (cv) Velocidad (km/h) Peso (kg) C A (m2) Ft (kg) Camión 125 50 12500 1 8 648 Auto 45 50 1050 0,5 2,5 ¿ Fuente: G. Radelat. “Principios de ingeniería de tránsito” (Washington, D.C.: ITE, 2003), 20 Tramo recto: Camión usa toda la potencia El auto usa parte de la potencia, la vía es pavimentada, en buen estado y el sitio está al nivel del mar. Ri = 0; Rc = 0 Resistencia Rr Ra Rp R Camión 175 97 375 647 Auto 24 15 32 71 Fuente: G. Radelat. “Principios de ingeniería de tránsito” (Washington, D.C.: ITE, 2003), 20 Ft (Camión) = 648 R (Camión) = 647, entonces, circula a velocidad constante. Resistencia Camión Rr 0,014*12500=175 Ra 0,5[0,125(1-2,26*0*105)4,225]1*8*13,92 = 96,6 = 97 Rp 12500*0,03=375 R 647 Auto 0,023*1050=24,15=24 0,5[0,125(1-2,26*0*105)4,225]0,5*2,5*13,92 = 15,1 =15 1050*0,03 = 32 71 Fuente: G. Radelat. “Principios de ingeniería de tránsito” (Washington, D.C.: ITE, 2003), 20 Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 1-21 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Relación Peso/Potencia Es un indicador de la capacidad operacional de los vehículos. Es la relación entre el peso bruto del vehículo (kg) y la potencia neta del motor (cv) pero puede expresarse en unidades como lbs/HP o un inverso como w/kg. Potencia bruta o nominal (Catálogos). Potencia neta o efectiva (Aplicando factores de transformación de potencia bruta). El peso del camión varía mucho. Países desarrollados: salario del camionero es alto, el precio del camión es barato por lo tanto, los vehículos son más nuevos y costosos, sus relaciones peso/potencia son bajas y pueden lograrse velocidad altas y consecuentemente recorridos largos. Países en vía de desarrollo: Experimenta las condiciones opuestas a lo anterior, por lo tanto, las relaciones peso/potencia son altas lo que no permite velocidades altas. Ver Tabla 2-1 de relaciones Peso/Potencia típicas. Según Bedoya, Osorno y Valencia (1996): El percentil 85 de la Relación Peso/Potencia medida en carreteras de Antioquia y Cundinamarca se presenta en la tabla siguiente: TIPO DE CAMIÓN NUMERO DE EJES C2 C3 C3S2 C3S3 TODOS 2 3 5 6 MEDELLÍN-PINTADA PESO/POTENCIA85 (kg/c.v.) 146.6 161.7 181.3 196.0 171.3 IBAGUÉ-BOGOTÁ PESO/POTENCIA85 (kg./c.v.) 145.3 141.7 189.2 191.7 174.4 FUENTE: VALENCIA, BEDOYA Y OSORNO (1996) Relación Peso/potencia de Vehículos Pesados en Carreteras Colombianas. En Memorias: IX Congreso Panamericano de Ingeniería de Tránsito y Transporte. La Habana. Cuba. Vehículos representativos Vehículo tipo: El que se usa cuando interesa estudiar condiciones habituales. Por ejemplo, el HCM´97 usó dos relaciones peso/potencia de 90 kg/cv y 135 kg/cv como representativos de los camiones que circulaban por las carreteras de dos carriles. Vehículo de diseño: Para propósitos de diseño geométrico de vías se usan vehículos representativos que excedan en tamaño y limitaciones de operación a la “mayoría” de su clase. Los atributos que se consideran son sus dimensiones, radio de giro, salientes de la carrocería, altura de los ojos del conductor, la relación peso/potencia, efectividad del frenado. Para el Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-22 alineamiento horizontal interesaría para el diseño del sobreancho en las curvas. Para el alineamiento vertical: la altura del ojo del conductor y la relación peso/potencia. Estadísticas sobre vehículos automotores: Ver tabla 2-7. Características especiales de los vehículos de transporte colectivo Su relación peso/potencia > peso/potencia de autos. Estorban en vías urbanas pero en las rurales muy poco. Las tasas de aceleración y deceleración deberían ser 1,4 m/s2. Buses urbanos: Microbús Motor a gasolina, 6 a 15 personas de capacidad, incómodo, ágil, rápido. Minibús 5 a 8 m de longitud, 12 a 20 asientos, 20 a 35 personas de capacidad, motor a gasolina (Buseta) Bus normal Más de 8m de longitud, 35 a 80 asientos, 150 a 180 personas de capacidad, motor diesel, (9,0 m, 34 asientos, 65 personas de capacidad) Bus Dos carrocerías con articulación, 16 a 18 m de longitud, 60 a 70 articulado asientos, 180 personas de capacidad, 3 a 4 puertas dobles. Bus de dos 9 a 12 m de longitud, 4 a 4,45 m de altura, 100 personas de pisos capacidad, uso turístico. Trolebús Usa energía eléctrica, sucesores de los tranvías. Bus interurbano Dispone de sillas diseñadas para viajes largos, capacidad de 35 personas, una puerta, ofrece servicios como baño, TV, bar, etc., son más largos que los urbanos, menor relación peso/potencia que aquellos (entre 45 y 60 kg/cv). Características especiales de las bicicletas 1. Usa energía muscular: limitada, diseño geométrico en consecuencia. 2. Inestable a velocidades bajas: vulnerable al viento, irregularidades de la vía, piso liso. 3. No tiene carrocería: vulnerable a golpes lo cual sugiere diseñara carriles amplios. 4. Ciclistas sociales: Circulan en grupo. 5. La circulación depende de la pericia, experiencia y habilidad física para evitar peligros. 6. Poco visible en la vía. 7. Vbici = Vauto/ 4 a 2 Dimensiones y requisitos especiales (Ver Figura 3). Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-23 Figura 3. Dimensiones y características especiales de las bicicletas. Fuente: Dan Smith, Bikeways: State of the art, 1974, Informe FHWA-RD-14-56 (Springfield, Virginia: National Technical Information Service, 1974), 25. Mencionado en: G. Radelat. “Principios de ingeniería de tránsito” (Washington, D.C.: ITE, 2003), 33. V > 11 km/h Holguras amplias a velocidades < 5 km/h. Ejemplo: 80 cm en vez de 20cm. Resistencias, velocidad, aceleración y deceleración. Resistencias similares a las del auto pero más importante es Rviento que a 30km/h puede ser del 80% de R. Según Pein: Vdiseño = 32 km/h y V85 = 22 km/h apromedio (Partiendo del reposo) = 1,07 m/s2 dpromedio = 1,2 a 2,5 m/s2 LA VÍA “Lugar debidamente acondicionado para la circulación de vehículos, peatones o ambos” Beneficios funcionales: accesibilidad (“grado de facilidad que ofrece una vía para comunicar el origen de un viaje con su destino”) y movilidad (“grado de facilidad para desplazarse”). Adicionalmente seguridad. A veces cuando disminuye la movilidad también se reduce la accesibilidad. Tipos de vías Vías rurales: Calzadas, carriles (2,5 a 3,65m), berma, plataforma (corona), derecho de vía (faja de emplazamiento). Carreteras con calzadas separadas: Dos calzadas separadas por faja divisoria central. Carreteras con calzadas divididas: Dos calzadas divididas longitudinalmente por un separador estrecho. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-24 Clasificación o Carreteras internacionales o Carreteras nacionales o troncales: tránsito de grandes distancias. o Carreteras regionales o secundarias: Limitadas a la región, conecta con las nacionales y recorridos de mediana longitud. o Caminos locales o vecinales: trayectos cortos accesos a puntos más apartados del país. Clasificación según # de carriles: 2, 3 y múltiples. Vías urbanas Clasificación según funcionalidad (accesibilidad y movilidad): arterias, calles, colectoras y calles locales. o Arterias: ofrecen principalmente movilidad luego propiedades colindantes. Control con semáforos. acceso a o Calles colectoras: Recogen el tránsito de calles locales para conducirlo a las arterias y viceversa. El grado de movilidad es similar al de accesibilidad. o Calles locales: Ofrece principalmente acceso a las propiedades. No se espera gran movilidad. Generalmente no tienen bermas pero usa bordillos (sardinel), tienen aceras. Vías travesías de carreteras. En la Figura 4 se ilustran las siguientes definiciones: o Intersección: área general donde 2 0 más vías se unen o cruzan” o Cruce: “lugar donde la calzada se une o atraviesa a otra u otras”. Una intersección puede tener uno o varios cruces. o Rama de la intersección: “vías o porciones de vías que se unen en una intersección” o Accesos o entradas a la intersección: “calzadas o porciones longitudinal de calzadas por donde el tránsito llega a una intersección” o Salidas: lo contrario a los accesos. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-25 Figura 4. A la izquierda, intersección de dos vías con un cruce, cuatro ramas y cuatro accesos. A la derecha, intersección de tres vías con dos cruces, cinco ramas y cinco accesos. Fuente: G. Radelat. “Principios de ingeniería de tránsito” (Washington, D.C.: ITE, 2003), 36. Vías rápidas “destinadas al tránsito expreso que recorre comúnmente distancias mayores a 5 km a altas velocidades sin detenerse” Su función es proveer movilidad que se ilustra en la Figura 5 junto con otras infraestructuras. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-26 Figura 5. Funciones que desempeñan los distintos tipos de vías en sistema de vías urbanas. Fuente: G. Radelat. “Principios de ingeniería de tránsito” (Washington, D.C.: ITE, 2003), 38. Provistas de doble calzada y cruces a desnivel. Si existe limitación total de accesos y todos los cruces son a desnivel es una autopista. Si existen algunos cruces a nivel y limitación parcial de acceso es una autovía o multicarril. Clasificación por circulación vehicular Vías de circulación continua. El tránsito circula sin interrupciones (No hay control del tránsito). Por ejemplo, vías rápidas y multicarriles. Vías de comunicación discontinua: la forma normal de transitar requiere interrupciones. Por ejemplo, arterias y demás vías urbanas. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1-27 Estadísticas viales: Ver Tabla 2-8. 1.3 BIBLIOGRAFÍA: RADELAT EGÜES, GUIDO. (2003). Principios de Ingeniería de Tránsito. Instituto de Ingenieros de Transporte-ITE. Washington, D.C. VALENCIA, BEDOYA Y OSORNO (1996) Relación Peso/potencia de Vehículos Pesados en Carreteras Colombianas. En Memorias: IX Congreso Panamericano de Ingeniería de Tránsito y Transporte. La Habana. Cuba. CORRÊA DA ROCHA, Luiz Paulo y ALVES BORGES, Comba Maria. Efeitos do posicionamiento dos semáforos no tráfego. (1988) COPPE - Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, Brasil. En: Memorias del IV Congreso Panamericano de Ingeniería de Tránsito y Transporte. Mayagüez, Puerto Rico. DEJAN RADULOVIC SCHÄFER (1982). Transporte automotor de carga. Serie: Tecnológica. Primera parte. El autor: Primera edición. Santafé de Bogotá, D. C. p.44. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 2-28 2. VOLUMEN La referencia principal de este capítulo es el libro titulado PRINCIPIOS DE INGENIERÍA DE TRÁNSITO del Doctor Guido Radelat Egües editado en el 2003 y patrocinado por el Institute of Transportation Engineers – ITE. Definición: “Número de vehículos o peatones que pasa por una sección transversal de una vía o calzada o carril por unidad de tiempo, durante un tiempo determinado”. o “pasa”: cuando cruza el extremo posterior del vehículo por la sección transversal. o “unidad de tiempo”: hora, día, semana, mes o año. El volumen es semejante al término frecuencia o tasa de flujo y como varía constantemente se utiliza el “valor medio”. Significado del volumen de tránsito. Es uno de los parámetros fundamentales para definir el tránsito junto a la velocidad media y la densidad. De los tres parámetros es el más fácil de medir. Interesa más al ingeniero de tránsito porque la velocidad media y la densidad la percibe mejor el conductor. Aplicaciones del volumen Medida de utilización vial: Es un índice del uso del sector en referencia mediante el Tránsito Promedio Diario Anual (TPDA), mensual (TPDM) o semanal (TPDS). Medida de la demanda de tránsito y oferta vial o “Demanda de tránsito”: “es el número de vehículos por unidad de tiempo cuyos ocupantes quieren pasar por una sección transversal de una vía, calzada o carril durante cierto periodo de tiempo”. o “Oferta vial”: “máxima frecuencia con que pueden pasar por esa sección los vehículos que llegan a ella en un momento y circunstancias dadas”. o Calidad del servicio (Índice de servicio) = s la relación entre la demanda y la oferta, la primera se obtiene mediante la ejecución de estudios de tránsito y la segunda a través de la aplicación de métodos para determinar la capacidad vial. Cuando la demanda igual o supera la oferta (Calidad del servicio>1) se produce la “congestión”. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 2-29 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Tránsito Promedio Diario y Volumen Horario Según la AASHTO (Asociación Americana de Autoridades Estatales de Vías y Transporte) el TPD es la unidad general de medida del tránsito en una vía. TPD: “volumen total durante un periodo de tiempo dado (en días completos), mayor que un día y menor que un año, dividido entre el número de días de ese periodo”. (Por ejemplo el TPDA) TPDA: Se usa para el planeamiento y estudios económicos de vías pero es demasiado global para determinar las características geométricas y realizar análisis de circulación. En vías urbanas se usa el volumen medio anual en los días laborables porque los fines de semana no suele ser crítica. Volumen Horario: “resultan de dividir el número de vehículos que pasan por una sección transversal vial, en un periodo de tiempo, entre el valor de ese periodo de tiempo en horas”. Se usa para diseñar geométricamente, para los análisis de circulación y la regulación del tránsito. Composición de los volúmenes. Interesa conocer la composición por las siguientes razones: Determinar la interacción vehicular en la corriente de tránsito, por ejemplo, la influencia de los vehículos con relación peso/potencia alta. El efecto de la proporción de vehículos grandes y con radio de curvatura amplio en la determinación de las características geométricas o el peso de ellos en el diseño estructural del pavimento. Los recursos que se pueden obtener de los usuarios depende del porcentaje de vehículos comerciales. En el cuadro siguiente se muestra la participación que tienen distintos tipos de vehículos en la corriente vehicular. País EUA Colombia Vías rurales 12% 27% Vías urbanas 6% Buses <3% 9% 2.1 VARIACIONES DE LOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO. Variación diaria Hay más variación en vías urbanas que en las rurales (excepto si son vías turísticas o cerca de una ciudad). Se identifica mediante las horas o periodos pico y valle que se observan principalmente en las vías urbanas y rurales próximas a las ciudades. o Hora o periodo pico: Cuando la demanda de tránsito alcanza los volúmenes máximos y los usuarios toman una actitud más dinámica. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 2-30 o Hora o periodo valle: Corresponde a los periodos donde se presentan los volúmenes menores durante el día, en ellos los usuarios son menos activos. Variaciones dentro de la hora pico: o Son de interés debido a que los incrementos pronunciados y de poca duración en la demanda que superen la oferta producen congestión que tarda un tiempo más largo en disiparse. o Esta variación se denota en estudios de capacidad vial como el Factor de Hora Pico (FHP) o Factor de Pico Horario que es la relación entre el volumen medido en la hora y el equivalente en términos de una hora que corresponde al flujo medido en el subperiodo de aforo más cargado que generalmente es de 15 minutos de duración (se consideran periodos de 5 minutos cuando se estudia la capacidad e autopistas). Un valor bajo significa que hay mucha variación del tránsito en la hora y uno alto (el máximo es 1) supone que el tránsito es constante o varia muy poco. FHP Volumen en la hora 4 * V15 Donde: V15 = Flujo medido en el subperiodo de 15 minutos más cargado. Otras variaciones Variación semanal o En vías urbanas: Los días normales van de martes a jueves, las alteraciones mayores se experimentan en le sábado y el domingo. o En vías rurales: Si éstas son turísticas o próximas a ciudades la variación es más notoria en el sábado y el domingo. o Población de conductores: aquellos que circulan ente semana son generalmente conductores experimentados y en el fin de semana inexpertos. Variación anual: Es más marcado en vías rurales debido al cambio de actividad (como vacaciones) o el clima. Variación por sentido. o Es más notable en las vías urbanas (comportamiento pendular) y en las vías rurales si conducen a sitios de recreo. o Genera un desperdicio del uso de las vías que puede ser solucionado mediante la implementación de carriles reversibles de acuerdo a la demanda. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 2-31 Variaciones por carril: En las vías urbanas se evita el uso de ciertos carriles que podrían producir en el usuario demoras como carriles con paraderos de bus o donde se detienen los taxis o donde se realizan giros. Variaciones extraordinarias: Son las producidas por cambios en la magnitud, la distribución o ambas como en el caso de eventos deportivos masivos, ferias, Navidad y Semana Santa la cual se mitiga mediante medidas especiales acordes con cada caso. PATRONES DEL VOLUMEN DE TRÁNSITO. 2.2 Es la forma general de las variaciones de los volúmenes del tránsito y que comúnmente se repite como se muestra en la Figura 2-1. Figura 2-1. Forma general de las variaciones del volumen de tránsito en dos calles de Toronto, Canadá. FUENTE: William McShane y Ken Crowley, “Regularity of Detector-Observed Arterial Traffic Volume Characteristics”, Transportation Research Record 596 (Washington, D. C.: Transportation Research Board, 1976), 36. Citada en: RADELAT EGÜES, GUIDO. (2003). Principios de Ingeniería de Tránsito. Instituto de Ingenieros de Transporte-ITE. Washington, D.C. Sirve para inferir volúmenes a partir de otros volúmenes medidos en sitios similares. Representa la distribución de los volúmenes durante un período de tiempo (día, semana, año) y se indica en porcentaje del volumen por periodo respecto al volumen medio de todo el periodo. En la Figura 2-2 se ilustran los patrones diarios de volúmenes de tránsito en vías urbanas y rurales de EUA y en la Figura 2-3 los patrones semanales. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 2-32 Figura 2-2. Patrones diarios de volúmenes de tránsito en vías urbanas y rurales de Estados Unidos. Figura 2-3. Patrones semanales de volúmenes de tránsito en vías urbanas y rurales de Estados Unidos. Los patrones anuales pueden reflejar las variaciones por meses o por estaciones. VOLUMEN HORARIO DE DISEÑO (VHD) 2.3 Los criterios para el diseño de vías son movilidad, accesibilidad, seguridad y otros; los tres últimos exigen características geométricas mínimas que a veces satisfacen los criterios de movilidad y por esta razón la mayoría de las calles locales y vías secundarias están alejadas de congestionarse por ofrecer gran capacidad. VHD: “Volumen horario total de tránsito en ambos sentidos que se emplea para proyectar geométricamente una vía de modo de satisfacer el criterio de movilidad”. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 2-33 No resulta lógico y ni económico proyectar una vía para un volumen horario máximo que se produzca por un breve tiempo muy contadas veces al año. El VHD debe ser calculado proyectándolo a un año futuro al final de la vida útil del proyecto. Volumen de la hora trigésima. Cuando se diseña una vía se busca que ofrezca un servicio adecuado en todas las horas del año y además que se haga con eficiencia económica lo cual resulta en soluciones contradictorias que deben reconciliarse de alguna manera. Peabody y Normann en 1941 propusieron una alternativa para vías rurales y se ilustra en la Figura 4. En ella se ha ordenado los volúmenes horarios de todo un año de mayor a menor y expresado en porcentaje del TPDA dando como resultado una curva decreciente que muestra un punto de inflexión en la hora 30 cuyo valor de ordenada se considera un VHD de diseño que satisface razonablemente los dos criterios mencionados. Es así como la AASHTO recomienda el volumen correspondiente a la trigésima hora como el VHD para vías rurales y urbanas pero para estas últimas puede usarse más convenientemente el volumen de la hora pico. Figura 4. Relación entre los volúmenes horarios máximos y el número de horas en que son excedidos en carreteras troncales norteamericanas. FUENTE: American Association of State Highway and Transportation Officials, A Policy on Geometric Design of Highways and Streets (Washington, D. C: AASHTO, 2001), 60. Citada en: RADELAT EGÜES, GUIDO. (2003). Principios de Ingeniería de Tránsito. Instituto de Ingenieros de Transporte-ITE. Washington, D.C. Los factores K y D. k: es un factor que relaciona el VHD y el TPDA y para EUA se han encontrado los que se muestran en la tabla. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Urbanas 0,08 Podría representar viajeros cotidianos. 2-34 Rurales 0,12 0,12 0,18 Podría Podría Podría a representar al de representar al de representar al de vías ordinarias. vías ordinarias. vías turísticas. En proyectos de vías también podría ser necesario conocer la distribución del VHD por sentidos para satisfacer el “mayor” de ellos (VHDS). El VHDS se obtiene afectando el VHD por un factor de distribución por sentidos (D) que puede variar, para vías rurales, entre 0,55 (55%/45%) a 0,80 (80%/20%). VHD= TPDA*k VHDS = TPDA*k*D Estimación del VHD y del VHDS. 2.4 La forma más directa de obtener el VHD es aquel correspondiente a la trigésima hora o aquella que corresponda al punto de inflexión de la curva resultante. El VHDS se obtendría del resultado de multiplicar las estimaciones del TPDA, k y D para el fin de la vida útil del proyecto lo cual corresponde más al trabajo de los planificadores que a los ingenieros de tránsito. BIBLIOGRAFÍA: RADELAT EGÜES, GUIDO. (2003). Principios de Ingeniería de Tránsito. Instituto de Ingenieros de Transporte-ITE. Washington, D.C. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 3-35 3. VELOCIDAD La referencia principal de este capítulo es el libro titulado PRINCIPIOS DE INGENIERÍA DE TRÁNSITO del Doctor Guido Radelat Egües editado en el 2003 y patrocinado por el Institute of Transportation Engineers – ITE. Definición: Es la relación entre el espacio recorrido y el tiempo consumido en recorrerlo. Debido a los distintos factores que influyen en la velocidad de un vehículo esta cambia mucho y se acostumbra a usar la “velocidad media”. El inverso de la velocidad es el “tiempo de recorrido”. La velocidad se mide generalmente en tramos cortos y el tiempo de recorrido en tramos largos. Aplicaciones de la velocidad. La velocidad es uno de los parámetros fundamentales para definir el tránsito (los otros son el volumen y la densidad). Es el que mejor perciben los usuarios y se usa como “indicador de efectividad” de la vía. Medida de la calidad del servicio de una vía: o Por percibirla mejor el usuario. o Además de la velocidad intervienen otros factores en el grado de satisfacción que percibe el usuario como la interacción vehicular, trazado en planta, en perfil, visibilidad, regulación del tránsito y señalización; los ocupantes de los vehículos es la suavidad de la marcha. o Otra limitación de la velocidad como indicador es que se aprecia subjetivamente. Por ejemplo: Una velocidad de 50 km/h es admisible en un vía en terreno escarpado pero no lo sería en una autopista. Determinación de los elementos de diseño: La velocidad se utiliza para diseñar curvas (verticales y horizontales), peraltes, longitud de carriles de cambio de velocidad y distancia de visibilidad mínima. Determinación de elementos para la regulación del tránsito: Velocidad máxima permitida, zonas de adelantamiento prohibido, dimensiones de señales y regulación de tiempos para semáforos. Definiciones relativas a la velocidad para un vehículo. Velocidad instantánea: “Es la de un móvil en un instante determinado”. Velocidad puntual: Es la velocidad instantánea de un vehículo cuando pasa por un punto de la vía (midiendo tramos y tiempos muy pequeños). Tiempo de recorrido: “Es el tiempo que transcurre mientras un vehículo recorre cierta distancia incluyendo el invertido en paradas imputables a las características de l la vía, el tránsito y su regulación”. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 3-36 Velocidad de recorrido: “Es la relación entre el espacio y el tiempo de recorrido”. Corresponde a una velocidad media individual. Tiempo de marcha: “es el tiempo durante el cual un vehículo se encuentra en movimiento”. Velocidad de marcha: es la relación entre la distancia y el tiempo de marcha utilizada en ella. No incluye el tiempo debido a detenciones. Velocidad libre o velocidad a flujo libre: “Es la velocidad de marcha de aquellos vehículos cuyo avance no está impedido ni por la interacción vehicular ni por la regulación del tránsito”. Su valor refleja otros efectos como las características del conductor, del vehículo, de la vía y del medio ambiente”. Velocidad de régimen o velocidad sostenida: Es la velocidad máxima libre constante que puede mantener un vehículo al subir por una pendiente, después de haber agotado el exceso de energía cinética que pudiera haber tenido al empezar a subirla o haber acelerado a su máxima velocidad posible”. Es importante en el estudio de vehículos pesados. Su comportamiento puede observarse en las figuras de “perfil de velocidad” de vehículos acelerando o decelerando a lo largo de una pendiente que se compone de ejes coordenados en los cuales la abscisa representa la longitud de la pendiente en km y la ordenada la velocidad del vehículo en su circulación. Definiciones para una serie de vehículos. La velocidad de recorrido para un vehículo es la media individual de sus velocidades en cada punto de su recorrido por lo que es también una “velocidad media espacial”. Sin embargo, la velocidad de recorrido media de varios vehículos puede ser una velocidad media espacial o velocidad media temporal. Definiciones rigurosas Velocidad media temporal: “Es la media de las velocidades de los vehículos que pasan por un punto de una vía durante un cierto periodo de tiempo (Distribución temporal)”. Velocidad media espacial: “Es la media de las velocidades de los vehículos que se encuentran en cierto tramo de una vía en un instante dado (Distribución espacial)”. Caso de velocidades instantáneas El conocimiento de estas velocidades se puede lograr con un alto grado de precisión. Velocidad instantánea (media temporal): Promedio de las velocidades instantáneas en un punto de la vía, por ejemplo, usando radar (Velocidad puntual). Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 3-37 n Vt V i i n Velocidad instantánea (media espacial): Promedio de las velocidades instantáneas en un tramo de vía, por ejemplo, filmando un tramo vial desde una parte muy alta para determinar el espacio recorrido por los vehículos de ese tramo en un periodo de 1 o 2 segundos y así obtener la velocidad instantánea de cada uno cuya media se busca. n Ve V j j n Caso de velocidades de recorrido El cálculo de las velocidades es más complejo y menos preciso que el caso de velocidades instantáneas. Supóngase un tramo de longitud L de un solo carril con un punto O en la mitad. Vt se calculará en el punto O durante el periodo T. Ve se calculará en el instante to (a la mitad de T) a lo largo del tramo L. Suposiciones: los vehículos no cambian de velocidad (tramo uniforme, no es demasiado largo el tramo y no existe interacción vehicular). EJEMPLO Considérese una autopista de dos carriles en la cual circula un volumen de 360 veh/h de la cual se elige un tramo uniforme de 1 km de longitud y en la mitad se halla el punto O. Se han tomado los instantes de paso, por el punto de entrada y por el punto de salida, de una serie de vehículos que se registran en una tabla obteniéndose como resultado de la diferencia del segundo respecto al primero el tiempo de recorrido y determinándose el tiempo de paso por el punto O; con el tiempo de recorrido y la longitud conocida se obtiene la velocidad de recorrido de cada vehículo. Supóngase un periodo de tiempo de estudio T igual a 5 minutos, o sea, 300 segundos que se inician en el instante 100 segundos y termina en el 400s. La velocidad media temporal de la serie de vehículos será de aquellos que pasaron por el punto O en el periodo de tiempo T (100” a 400”) que corresponde a los vehículos 7 a 37, es decir, son 31 vehículos, así: Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 3-38 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 37 V Vt i i7 27,16 31 m s 97,78 km h La velocidad media espacial de la serie de vehículos se calcula para el instante medio de T (Instante to = 250”) correspondiente a los vehículos que se hallaban en el tramo de 1 km en ese instante, es decir, aquellos que entraron antes del instante 250” y salieron después de ese instante (Instante de pasoentrada < 250” < Instante de pasosalida) que son los vehículos 20 a 26 (7 datos). 26 Ve V j 20 7 j 26,45 m km 95,22 s h Los dos resultados de velocidad media temporal y espacial no se pueden comparar ya que corresponden a vehículos diferentes pero puede observarse que la primera es mayor que la segunda. Definiciones prácticas A veces las velocidades instantáneas son difíciles de medir, entonces, se requiere un definición práctica, por ello se redefine el cálculo de la velocidad media espacial, así: o V e = “Velocidad media de todos los vehículos que ocupan cierto tramo de vía durante un periodo de tiempo especificado” (No es velocidad instantánea). Por otro lado, el tiempo que tarda en recorrer un vehículo el tramo L es igual al tiempo de permanencia del vehículo en ese tramo, entonces, la probabilidad de que un vehículo en particular, j, se encuentre en el tramo L en cualquier instante dentro del tiempo T ( Pp j ) es igual al tiempo de recorrido del vehículo j (tj) dividido entre el tiempo de recorrido total de los vehículos que circulan por ese tramo durante el tiempo T ( t * n ). Pp j tj t *n Donde: t = tiempo de recorrido medio de n vehículos = t j n n = número de vehículos en el tramo L durante el tiempo T. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 3-39 Según estadística: El valor esperado de la media espacial de la velocidad es n P pj *V j , donde Vj es la velocidad supuesta constante del vehículo j = j L/tj. n Ve j tj L L t *n t j t * L n t j j n EJEMPLO (Definición práctica de V e ) Aplicando la definición a los vehículos 7 a 37 que estuvieron presentes en el tramo en el periodo T de 5 minutos. 37 Vt Ve V i i 7 31 1000 37 t j 7 j 27,16 m km 97,78 s h 1000 m km 26,9 96,8 1151,6 s h 31 31 Según el comportamiento en la vía siempre debería suceder que la velocidad media temporal sea mayor que la velocidad media espacial a menos que todos los vehículos viajen a la misma velocidad. Es importante tener siempre presente estas discrepancias entre las definiciones de velocidad para los estudios de “antes y después” es decir aquellos que se realizan para observar los cambios por efecto de una medida de tránsito. Aquí las velocidades medias son comparables porque corresponden a los mismos vehículos. Si se multiplica arriba y abajo en la definición de la velocidad media espacial se obtiene: Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 3-40 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO o Ve 1 1 n tj n j L 1 n 1 j j V ”Media armónica de las velocidades n individuales”. o Lo cual significa que es posible obtener la velocidad media espacial conociendo las velocidades individuales como expresión de la velocidad temporal. Factores que causan variación en las velocidades de los vehículos. Físicos: Son función del vehículo y la percepción del conductor. Sicológicos: Modifican el comportamiento del conductor. Artificiales: Modifican el comportamiento del conductor (restricciones a la circulación). Tipo de conductor Es un factor sicológico. “La inmensa mayoría de los casos la máxima velocidad que alcanza un vehículo no es la máxima que puede desarrollar, sino la máxima a la que quiere ir su conductor y depende de la destreza y actitud del él. En camiones el conductor está más reprimido por las limitaciones del vehículo. Tipo y características de vías y vehículos. Vías rurales: En general la velocidad del bus es mayor que la de los autos y estas mayores que la de camiones. o Factores. Curvas cerradas, distancia de visibilidad, estado de la rodadura, número y ancho de carriles y de bermas, pendientes (Sobre todo en camiones). Vías urbanas (Circulación discontinua). o Las velocidades de los distintos tipos de vehículos no difieren mucho porque la regulación del tránsito trata de emparejarlas. o La relación Peso/Potencia alta se refleja al acelerar. o Otros efectos: interacción vehicular, maniobra de estacionamiento, etc. presencia Medio ambiente y hora del día Es un efecto físico y sicológico. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix de peatones, GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 3-41 Por ejemplo la lluvia, la nieve, niebla, oscuridad limitan la visibilidad, aumenta el tiempo y distancia para reaccionar y parar y disminuye la confianza. Interacción vehicular Circulación continua: o Los vehículos lentos retrasan a los rápidos pero los rápido no pueden acelerar a los lentos por lo tanto el resultado de su interacción es la reducción de la velocidad. o Si existe visibilidad para adelantar la interacción afectará la velocidad cuando el volumen supera ciertos umbrales. Por ejemplo, en carreteras de dos carriles este valor es alrededor de 1000veh/h y en autopistas de 1500 vehículo/carril. 3.1 Circulación discontinua: la interacción tiene diversas causas. BIBLIOGRAFÍA: RADELAT EGÜES, GUIDO. (2003). Principios de Ingeniería de Tránsito. Instituto de Ingenieros de Transporte-ITE. Washington, D.C. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 4. 4-42 TEORIA DE FLUJO DE TRÁNSITO FUENTE: GARDETA OLIVEROS, J. G. (1984). Modelos de Tráfico Vial. Madrid: Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas. Departamento de Información y Documentación, 160p.: il., graf., tabl., Madrid, ESPAÑA. 4.1 NATURALEZA E INTERÉS DEL TEMA Los problemas del tránsito resultan complejos y sus soluciones, en proporciones similares, han exigido el análisis o conceptualización rigurosa del fenómeno a través de modelos de tipo científico. Sin embargo, estos esfuerzos no han sido suficientes para acercar el desarrollo teórico a su aplicabilidad a la vida real. 4.1.1 Modelos de tránsito. Se han hecho descripciones matemáticas del tránsito vial en casi todo tipo pero solo se han logrado relaciones con ajuste a la realidad aceptable en rampas, estaciones de peaje y estacionamientos. La principal investigación teórica ha sido hacia las carreteras de dos carriles. El análisis teórico puede enfocarse así: 1) Análisis empírico: Busca la relación causa efecto que los datos muestran. 2) Análisis teórico-matemático a) Con estructura determinística: Busca la relación causa-efecto sobre parámetros medios o agregados que no aceptan variaciones en las variables y su bondad depende del ajuste de resultados con la realidad. b) Con estructura estocástica: Contrario a lo anterior acepta fluctuación de las variables. La teoría de colas se ha empleado con profusión ayudados de hipótesis simplificadas típicas como la distribución de llegadas Poisson y la distribución determinística o exponencial de los tiempos de servicio. 3) Simulación: Ha demostrado una eficacia enorme cuando los problemas son inabordables matemáticamente. Las ventajas son: Capacidad para incrementar el realismo al poder eliminar hipótesis simplificadoras y capacidad para mirar el sistema en forma microscópica. 4.1.1.1 Colas móviles Los vehículos están en cola si cada uno debe reaccionar instantáneamente a las reducciones de velocidad del antecesor. El mecanismo de cola existente es: La estación de servicio formada por el vehículo líder, los usuarios que son los vehículos que lo siguen que llegan con una tasa y distribución de llegadas aleatorias, dependiente de su velocidad relativa respecto al líder. Si el conductor desea viajar a la velocidad superior a la del líder le adelantará y este proceso de adelantamiento, el que se considera como el servicio que el líder (estación de servicio) da al seguidor (usuario). El modelo conceptual es sencillo, los problemas surgen al definir sus elementos: tasas de llegadas, Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 4-43 disciplina de cola, capacidad de cola, estaciones de servicio, etc. El esquema y tasas de servicio dependen de la velocidad relativa con el líder, capacidad de aceleración del vehículo seguidor, visibilidad de adelantamiento, carril de adelantamiento. 4.1.2 Objetivos de este libro Debido a las particularidades de las carreteras españolas: Densidad espacial limitada (Solo 2k), sin berma, índice de motorización elevado, porcentaje de vehículos pesados alto. Hace necesario contemplar la aplicación de los modelos existentes intentando adaptar y comprender sus resultados y su aplicabilidad. El objetivo es analizar la teoría del modelaje del tránsito en 2k. 4.2 MODELOS DE VARIABLES BÁSICAS DE TRÁNSITO. 4.2.1 Intensidad de tránsito (q) [Volumen] Distribución de Poisson, apropiada para tránsito totalmente aleatorio, es decir, el conductor puede elegir libremente su régimen circulatorio (Sin restricción impuesta por otros vehículos o sistema de control del tránsito), o sea, tránsito hasta 200 vehículos/h-carril, y probabilísticamente queda definido por una esperanza matemática y una varianza de la misma magnitud, y por lo tanto, un coeficiente de variación =1. Además, debe cuidarse, al modelar con esta distribución, que no varíe en el tiempo de aplicación la probabilidad de que se produzca un suceso, o lo que es lo mismo, que el tránsito permanezca a lo largo del tiempo constante en sus propiedades. qt qt i! ; i 1,2,... pi e 0, para otros valores i p(i)=probabilidad de que i vehículos lleguen a un perfil transversal fijo de la carretera en un periodo de tiempo fijo t. q = número medio de llegadas (tasa de llegadas) en el periodo de tiempo t. t = duración del periodo unitario. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 4-44 Distribución binomial, cuado el tránsito toma un mayor volumen, el movimiento queda más coaccionado y por lo tanto su varianza se reduce, esta distribución ha dado un buen ajuste. m m i pi p i 1 p ; i 0,1,2,...m vehículos i esperanza mp (número medio de vehículos que llegan en un intervalo de tiempo t ) 2 varianza mpq mp 1 2 1 p 1 mpq Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 4-45 Distribución binomial negativa, cuando existe una gran variación motivada por la inclusión en el estudio de datos pertenecientes a regímenes distintos (horas pico y valle), con <1 i k 1 k i pi p 1 p ; i 0,1,2,... k 1 k 1 p esperanza p k 1 p 2 var ianza p2 p 1 Si varias poblaciones de tipo Poisson con parámetros ma, mb, …,mn, se combinan, el resultado sigue siendo Poisson con un parámetro m= mi por lo cual el modelo poissoniano puede ajustar bien datos de llegadas tomados de carreteras con varios carriles por cada dirección, si en cada carril el tránsito es libre. Si el Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 4-46 tránsito no es libre, algunos autores (D. J. BUCKLEY, 1967; M. G. KENDAL Y A. STUART, 1958) han demostrado que el proceso de conteo resultante es de tipo binomial negativo. 4.2.2 Densidad del tránsito (k) Rara vez se mide pues se puede calcular a partir de medidas de velocidad y flujo. Varía entre cero y el máximo en estado de régimen de colapso circulatorio (espaciamiento = 6m = longitud + separación), o sea, 166 vehículos/km para velocidades más o menos normales de 40 km/h, es difícil de alcanzar en circulación libre. Se ha estudiado poco pues se puede deducir por otros medios. 4.2.3 La velocidad (v) Hay varios tipos de velocidad y las de mayor interés son la media temporal o local y la media espacial o momentánea, la primera es la media de todos los vehículos que pasan por una sección de una carretera durante un intervalo de tiempo, y la segunda, es la media de todos los vehículos que en un instante determinado de tiempo están en un tramo. Debido a los sistemas de medición los ajustes se han estudiado con velocidades instantáneas. Las velocidades varían entre cero y un valor máximo o Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 4-47 teóricamente infinito. Es usual intentar el ajuste con las distribuciones: la normal, la gamma o Pearson Tipo III, y la beta o Pearson Tipo I. La velocidad instantánea está afectada por el conductor, el vehículo, la vía, el tránsito y el medio ambiente. Debido a esta multiplicidad de factores se han utilizado distribuciones de 2 parámetros que permitan una mayor flexibilidad en el proceso de ajuste a cada uno particular. Distribución normal: 1 f u e 2 u u 2 2 2 esperanza de la distribución ˆ v Desviación estándars desviación muestral ˆ 1. Si la velocidad tiene un histograma simétrico, la distribución Normal es un buen modelo. 2. Si la velocidad no asume posición simétrica, entonces, la Distribución Γ o Pearson Tipo III es un modelo bastante ajustado: f t u 1 u 1 e u Función de densidad de la distribución Gamma (Ver figura 2.5) Además, sirve para modelar velocidades medias espaciales y temporales (RRL, 1965 y F. Balaguer, C. Kraemer, V. Sánchez, 1974). Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO f t u 1 u 2 1 ut ue 1 e 4-48 u t 2 e 1 2 Para mayor ajuste se ha demostrado que una gamma trasladada ofrece un buen modelo 1 u u min f u 1 u umin e u min 0, valor de la traslación 0, Parámetro determinat ivo de la forma de la curva 0, Parámetro determinat ivo de la escala de la curva Se recomienda calibrar a y b a la distribución observada usando el método de máxima verosimilitud (W. Feller, 1950) en lugar del de los momentos. 3. En carretera no congestionadas la distribución tiene un sesgo hacia velocidades altas, entonces, la distribución Beta o Pearson Tipo I constituye un modelo apropiado y su función de densidad es: u a 1 1 u , 0 u 1 a, b a b a, b a b b 1 f u Ya que está solo está definida entre 0 y 1 es necesario un cambio de escala y quizá una traslación para mejor ajuste: a 1 b 1 u C1 C2 u f u , a, b C2 C1 a b1 C1 u C2 C1 , C2 Límites del dominio y existencia C C2 C1 1 bC1 aC2 , M edia ab 2 1 2 a , Expresión de momento alrededor de C1 ab C1 C1 2 ab C C1 2 , Varianza a b a b 1 2 Ver ejemplo de ajuste de la Figura 2.6. Se recomienda calibrar con el método de máxima verosimilitud. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 4-49 4.2.4 El intervalo Se tratan modelos que solo describen la forma de la variable intervalo pues el mecanismo de predicción de intervalos se estudiará en el capítulo de Modelos de tránsito probabilísticos. 1. A u procesote de conteo Poisson le corresponde uno de intervalos intersucesos de tipo exponencial, entonces, las funciones de distribución y densidad serán: F t 1 e qt ó t T ph t 1 e , Función de distribución Función de densidad del modelo de 1 1seg, q intervalos negativo exponencia l Representa el proceso de intervalos en estado perfectamente aleatorio y libre correspondiente al de llegadas de tipo Poisson descritos en los modelos de intensidad (Volumen). Ver Figura 2.7 de las Funciones de densidad del modelo de intervalos negativo exponencial y de distribución del mismo modelo. f t e , t 0 ó qt t T ph t e , T Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 4-50 2. La distribución anterior tiene el inconveniente de dar una probabilidad no nula a intervalos muy pequeños. Sin embargo, cuando los vehículos circulan por un solo carril, no pueden producirse intervalos muy pequeños debido a que cada vehículo tiene una cierta longitud. Para evitar este inconveniente se ha modelado distribuciones exponenciales negativas trasladadas del tipo siguiente: F t 1 e t t ph t , Función de distribución t valor medio del intervalo Traslación (Deterministica que tiene controversias) t 1 t f t e t La función de distribución se representa en la figura 2.8. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 4-51 3. Cuando hay grupos de vehículos circulando en cola encabezados por uno más lento al que los demás no pueden adelantar. La aleatoriedad se pierde ajustándose mejor las distribuciones mixtas (A. Schuhl, 1955). t d t t2 d t1 Pr h t a 1 e 1 a 1 e a, d , t1 , t 2 Parámetros a estimar a partir de medidas realizadas en la carretera a % de vehículos rápidos d intervalo mínimo de un vehículo t1 intervalo medio de los vehículos libres t 2 intervalo medio de los vehículos no libres En la Figura 2.9 se representa esta distribución. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 4-52 Esta distribución supone dos tipos de poblaciones de vehículos: una que viaja a flujo libre y otros restringidos por los lentos. Es de difícil utilización al requerir la estimación de tantos parámetros. 4. Dawson (R. F. Dawson y L. A. Chimini, 1968; R. F. Dawson, 1969) propuso un modelo más completo que el anterior en donde uno de los factores es modelado a través de una distribución Erlang. 5. Las distribuciones exponencial negativa y trasladada son particularizaciones de la familia de distribución de Erlang, particularización de la Gamma, en las que el parámetro k, de la Gamma, toma valores enteros. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO kt pt T k 1 4-53 kt k e T , Función de densidad Tk ˆ T M edia de los intervalos observados 1 Intensidad media T2 Varianza de los intervalos observados k 2 i k 1 kt kt e T ph t , Función de distribución i! i 0 T k = entero que determina la forma de la distribución que puede estimarse a partir de la varianza y media muestral que se hayan tomado mediante el método de los momentos. Debe redondearse al entero más próximo en las distribuciones de Erlang. 6. Alternativamente puede usarse una Gamma generalizada () en donde k Reales pero su calculo requiere un computador. Si k=1, entonces los datos corresponden a la distribución negativa exponencial (Llegada de vehículos en régimen de libertad). Al crecer k parece incrementarse el grado de noaleatoriedad. Si k = ∞, entonces, uniformidad absoluta, es decir, intervalo vehicular determinístico constante. 7. Finalmente Dawson involucró el factor tipo Erlang y una traslación para tener en cuneta el intervalo mínimo definiendo el modelo Hiper-Erlang: Ph t 1e t 1 1 1 2e k t 2 k 1 2 2 k x 0 t 2 x 2 2 x! Ver Figura 2.10. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 4-54 Donde: t = duración del intervalo 1 = intervalo mínimo en régimen de libertad 1 = intervalo medio en régimen de libertad 2 = intervalo mínimo en régimen restringido 2 = intervalo medio en régimen restringido. k = indicador del grado de no-aleatoriedad de la distribución de intervalos en régimen restringido. 8. Cuando el tránsito circula formando colas, otros autores como J. Greeenberg, 1969; A. D. May, 1965; A. Daou, 1966; A. Daos, 1964; J. E. Toelle, 1971; han sugerido la distribución logarítmico-Normal que predice una distribución Normal para el logaritmo de la variable aleatoria: Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 1 xi ln hi , f xi e 2 Funciónde densidad 4-55 xi 2 2 2 de la distribución 1 N N xi i 1 1 N N ln h i i 1 2 1 N ln hi N 1 i 1 2 x Parámetros estimados por el método de los momentos ˆ 2 ln x ln 2 1 2 2 ˆ ln u 2 2 ln x La curva acumulada dibujada en papel con escala logarítmica en un eje y escala de probabilidad normal en el otro es una línea recta, lo cual permite una prueba de bondad de ajuste rápida y sencilla. 4.2.5 El espaciamiento (s) s 1 k Esta variable tuvo su mayor utilización en los primeros modelos de capacidad (Bureau of Public Roads, 1950). Ejemplo: El s debería ser tal que evite un alcance cuando el vehículo delantero parase instantáneamente (E. Kometani y T. Sasaki;1959; L. A. Pipers, 1953): s L bu cu 2 L = Longitud del vehículo, por ejemplo 5m. b = tiempo de reacción, por ejemplo 1 s. c = 1/2a a = 6 m/s2 u = velocidad, aproximadamente 12 m/s. Con estos valores ejemplo se obtendría un volumen de 1500 vehículos/h que resulta muy bajo, entonces, la expresión se usa para obtener ordenes de magnitud del volumen. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 5-56 5. TEORÍA DE FILAS DESCRICPIÓN PROBABILÍSTICA DEL FLUJO VEHICULAR “Los vehículos no viajan a intervalos uniformes, sino que lo hacen en grupos con un intervalo promedio cada uno, reflejando concentraciones vehiculares que se mueven en forma de ondas a través del tiempo” (Cal y Mayor, 279) “Más aún, en situaciones más cercanas a la realidad, los vehículos circulan en forma dispersa” La heterogeneidad del flujo se tiene en cuenta suponiendo el patrón de llegadas como un proceso aleatorio”. En muchos problemas de ingeniería de tránsito es de gran utilidad describir el flujo vehicular, de tal manera que conserve alguna de sus características discretas considerando de esta forma os aspectos probabilísticas de su comportamiento. La distribución de probabilidad que representa más fielmente cumple con tres condiciones: 1. Cada conductor sitúa su vehículo independientemente de lso demás (excepto con intervalo vehicular pequeño, h<5”) 2. Para cualquier flujo, el número de vehículos que pasan por un punto en un intervalo de tiempo dado es independiente del número de vehículos que pasan por otro punto durante el mismo intervalo. Por ejemplo: Flujo en semáforos no coordinados o en vías rurales. 3. El número de vehículos que pasan por un punto dado en un intervalo de tiempo es independiente del número de vehículos que pasan por el mismo punto durante otro intervalo. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 5-57 Los supuestos anteriores son utilizados por la distribución de Poisson (Flujos vehiculares bajos y medios). Si la distribución de llegadas de vehículos a un punto es Poisson: m x e m p x P X x x! Probabilidad de que lleguen x vehículosen el tiempo t m = media = número promedio de vehículos que llegan en un tiempo t [s], [vehículos]. m q *t 3600 p0 e m m p1 e m 1! m n 1 m m n m pn 1 e n 1! pn n! e m pn 1 m n 1 m n m n m e pn e n 1! n! m pn pn 1 n m m2 m p n p 0 p 1 ... e 1 .... 1 ! 2! n 0 1 em Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 5-58 Poisson se puede escribir: m q *t 3600 x q * t 3600 e 3600 p x P X x x! q *t Si se consideran N intervalos con duración t en un periodo de tiempo, la frecuencia de intervalos con x vehículos es: F(x) = N P(x) Si no llegan vehículos durante el intervalo t, entonces, existe un intervalo vehicular h de al menos t de duración. Esto quiere decir que el intervalo vehicular h es igual o mayor que t. Esta característica define la “distribución de intervalos vehiculares”, la cual se expresa como: 0 q * t 3600 e q*t 3600 3600 ph t p0 P X 0 e 0! q*t La anterior expresión indica que la distribución de intervalos vehiculares es una variable continua de tipo exponencial negativa. ph t 1 ph t 5.1 FILAS DE ESPERA Uno de los objetivos del ingeniero de tránsito es el de reducir demoras provocadas por el flujo de vehículos. En situaciones de congestionamiento esta se aumentan. Las demoras pueden ser causadas por: o Dispositivos de control del tránsito que interrumpen el flujo vehicular como las señales de PARE, CEDA EL PASO y semáforos. La demanda es mayor que la oferta (Servicio). o Ocasionadas por la misma corriente vehicular debido a la variación del flujo vehicular como la provocada por los “cuellos de botella” y las que producen los incidentes vehiculares (accidentes, vehículos descompuestos) o cierres eventuales de la vía (construcción, mantenimiento). En un capítulo posterior se verá las formas de determinación de las demoras y tiempos de recorrido. Las demoras y las colas son fenómenos que son analizados por la teoría de colas. Se genera una cola cuando los usuarios de un servicio llegan a una estación de atención (o de servicio) por ejemplo: un estacionamiento, una intersección con semáforos o sin ellos, un “cuello de botella”, un enlace de entrada a una Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 5-59 autopista, un carril de giro o de retorno, etc., y la tasas de atención no es suficiente para evacuar el número de usuarios. 5.1.1 COMPONENTES 5.1.1.1 Sistemas de filas de espera: a. Una fila y una estación de servicio. Por ejemplo: Atención en el médico, un acceso a intersección semaforizada. b. Una fila y k estaciones. Por ejemplo: Las taquillas en un banco. c. k filas y k estaciones. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 5-60 Para caracterizar un fenómeno de espera en un sistema vial de servicios, es necesario responder a interrogantes tales como” (CAL Y MAYOR y CÁRDENAS, 299) o ¿Cuál es el número medio de unidades en el sistema? (Fila + servicio) o ¿Cuál es el número medio de unidades en la fila? (Diseño físico) o ¿Cuál es el número medio de unidades en servicio? o ¿Cuál es el tiempo medio en la fila? o ¿Cuál es el tiempo total en el sistema? (Fila + servicio) 5.1.1.2 CARACTERÍSTICAS DEL FENÓMENO a. Llegadas (Demanda) En estos fenómenos las llegadas pueden ser expresadas en términos de flujo (vehículos/h) o intervalos de tiempo (s/vehículo). Su distribución puede ser de tipo determinístico (Una ecuación) o probabilística. = tasa de llegadas. Por ejemplo: 480 vehículos/h (1 h/3600 s) = 0.133 vehículos/s. Intervalo esperado entre dos arribos sucesivos = 1/ = 7.5 s/vehículo b. Servicio (Oferta o capacidad). Idem anterior. Para fenómenos viales la distribución de tiempos utilizada es la exponencial. = tasa de servicio en cada estación. Si hay k estaciones, entonces, la capacidad total instalada = k. Ejemplo. Atención en una caseta de peaje. 1h veh 0.144 s 3600s 520 veh h 1 6.9 s veh Para un servicio adecuado se debe comparar las demandas con la capacidad, es decir, < k. = 0.133veh/s < k(0.144veh/s)=k. c. Procedimiento de servicio (Disciplina). El que primero lega primero se atiende, First in, first out (FIFO). 5.1.1.3 NOTACIÓN KENDAL Se utiliza para identificar una línea de espera compuesta por las letras: Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 5-61 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO V / W / X Patrón de Patrón de llegadas atención M Distribución exponencial D Determinística E Erlang G Otra / Y / Z Número de Capacidad servidores del sistema k Disciplina de la cola FIFO1o llegar1o Salir LIFO Ultimo en llegar,1o Salir SIROServicio aleatorio GO Ordenamiento por prioridad Por ejemplo: M/D/2/5/FIFO: Significa que las llegadas son exponenciales con tiempo de atención determinístico, 2 servidores, capacidad del sistema de 5 unidades y con orden de atención FIFO. 5.1.2 FILA CON UNA ESTACIÓN Estado n: Que haya n unidades en el sistema. Pn = probabilidad del estado n. Probabilidad de que en un tiempo t llegue una unidad depende de y de t = t. Probabilidad de que en un tiempo t no lleguen unidades al sistema, es el complemento: 1 - t. Probabilidad de que en un tiempo t se preste el servicio depende de y de t = t. Probabilidad de que en un tiempo t no se preste el servicio o atienda a alguna unidad, es el complemento de la anterior probabilidad: 1 - t. Entonces, la probabilidad de que hayan n unidades en un tiempo t + t es: Pn t t Pn 1 t * t * 1 t Pn t * 1 t * 1 t Pn 1 t * 1 t * t Pn t t Pn 1 t * t Pn 1 t * t 2 Pn t Pn t t Pn t t Pn t t 2 Pn 1 t t Pn 1 t t 2 0 0 Pn t t Pn t Pn 1 t Pn t Pn t Pn 1 t Pn 1 t Pn 1 t Pn t t dP t n 0 dt 0 Es igual a cero por ser un servicio estacionario o estable a través del tiempo. Pn-1(t) = Probabilidad de que se presente el estado n-1, es decir, que haya n-1 unidades en el sistema en un tiempo t. t = Probabilidad de que en un tiempo t llegue una unidad. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 5-62 (1-t) = Probabilidad de que en un tiempo t no se sirva o atienda a alguna unidad. Pn(t) = Probabilidad de que se presente el estado n, es decir, que haya n unidades en el sistema en un tiempo t. (1-t) = Probabilidad de que en un tiempo t no lleguen unidades al sistema. Pn+1(t) = Probabilidad de que haya n+1 unidades en el sistema en el tiempo t. t = Probabilidad de que en un tiempo t se preste el servicio. Pn1 Pn1 Pn (1) La probabilidad del estado cero se analiza similarmente al estado n con la diferencia que antes de él no hay unidades. no 0,haypues servicios P0 t t P0 t * 1 t 1 t P1 t * 1 t * t P0 t P0 t t P1 t t P1 t t 2 P0 t t P0 t P1 t P0 t t dP0 t 0 P1 t P0 t dt P1 0 P t (2) 0 Si en (1) n = 1, entonces, P0 P2 P1 P2 P1 P0 Remplazando (2) en la anterior igualdad: P2 P2 P0 P0 2 P 2 0 2 P0 2 P0 P0 (3) (3) P1 P3 P2 Si en (1) n = 2, entonces, P2 P1 P3 Remplazando (2) y (3) en la anterior igualdad: Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 2 P0 P0 5-63 2 P3 3 P3 P0 2 3 2 P P P 2 0 3 0 2 0 (4) 4 En general: n Pn P0 5 (5) se le llama factor de carga o factor de congestión que debe ser A la razón < 1 pues si está cerca de 1se tiene un alto riesgo que la tasa de llegadas no sea satisfecha por la de servicio y se cree cola o congestión. Pn n P0 (6) Para hallar la expresión de P0, se considera que la suma de todas las probabilidades es igual a 1. P0 P1 P2 ... Pn ... P0 P0 2 P0 ... n P0 ... 1 1 P0 1 2 ... n ... A B n An nAn1B nn 1 An2 B 2 nn 1n 2 An3 B 3 ... 2! 3! 1 B n 1 nB nn 1 B 2 nn 1n 2 B 3 ... 2! 3! 1 1 1 1 1 2 2 1 2 3 3 ... 2! 1 P0 1 3! 1 P0 1 (7) (7) Remplazando (7) en (6): Pn 1 n (8) En la fila o cola interesa: 1. En = Número esperado de unidades en el sistema. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 5-64 En nPn 0 P0 1P1 2 P2 3P3 ... nPn ... n 0 0 P0 2 2 P0 3 3 P0 ... n n P0 ... P0 1 2 3 2 ... n n1 ... P0 1 2 Remplazando (7), entonces, En 1 2 1 1 (I) Multiplicando por en el numerador y denominador del segundo término: En (I´) 2. Em = Número esperado de unidades en fila Em = Número esperado de unidades en el sistema - Número esperado de unidades en servicio 1 P0 Em En En 1 1 En Probabilidad de que haya unidades a las que se les preste servicio 1 2 Em 1 1 1 Em Em 2 1 (II) 1 En 3. Ew = Tiempo promedio en fila Ew = La unidad que llega debe esperar a que atiendan las En unidades que en promedio hay en ese momento en el sistema Ew 1 E n Número de unidades #seg intervalo unidad promedio de atención o servicio por unidad Ew Ew 1 1 1 (III) 4. Ev = Tiempo promedio en el sistema Ev = Tiempo promedio en la fila + tiempo promedio en la estación de servicio Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Ev E w 5-65 1 Ev 1 Ev 1 (IV) En , Em , Ew , Ev son resultados promedios, por lo tanto, no sirven para diseño, habrá la necesidad de estudiar condiciones críticas. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6. 6-66 ESTUDIOS DE TRÁNSITO Cuando se desea analizar y resolver problemas de circulación de vehículos se requiere conocer profundamente la variable que la representa y que se denomina en forma genérica el tránsito, es decir, la circulación de los vehículos sobre las vías. Pero esta variable, para ser definida completamente, necesita conocer varias características como el número de vehículos que circulan en la unidad de tiempo por una sección transversal de la vía, su variación a lo largo del día, de la semana, del mes o del año, la composición vehicular, las maniobras que realizan, entre otras. Los problemas de circulación de tránsito pueden resolverse o mitigarse con soluciones que emanan del conocimiento profundo del tránsito por esto es decisiva la forma y calidad de medir las características del tránsito mencionadas. Volumen: Es la cantidad de vehículos que cruzan un sección transversal de la carretera en la unidad de tiempo y se diferencia de “flujo” que se emplea para referirse a la modelación de una corriente vehicular. El volumen se emplea para cuantificar la demanda, para medir la utilización vial y para expresar la capacidad de la carretera. Lo que se describe a continuación hace referencia a los conceptos, criterios y procedimientos para observar y registrar las diferentes características del tránsito. 6.1 CONTEO MANUAL DE TRÁNSITO EN INTERSECCIONES 6.1.1 Introducción El procedimiento puede ser aplicado en intersecciones a nivel y a desnivel. Es una forma de caracterizar el tránsito según su composición vehicular, el volumen general y específico y el tipo de maniobra que realiza cada combinación de las anteriores a lo largo del tiempo. Se debe realizar en días representativos del comportamiento del tránsito típico como días entre semana en periodos laborales y de estudio (martes a jueves) y en días representativos de lo no típicos como fines de semana o feriados, en algunos casos también en días con eventos especiales (Convocatoria de grandes volúmenes de personas como conciertos, partidos de fútbol, etc.). Debido a la variabilidad del tránsito en el día se considera suficiente realizar el aforo en períodos sucesivos de 15 minutos durante 16 horas y de esta manera conocer el comportamiento general y luego de determinar los períodos de diseño (demandas de tránsito máximas o periodos pico) se realizan aforos con mayor detalle. Los Niveles de Servicio son calificaciones normalizadas para cada tipo de infraestructura vial que sirven para medir la calidad de la operación del tránsito y que requieren, entre otros parámetros del tránsito (como demoras, velocidades, densidades, etc.) del conocimiento de los volúmenes vehiculares y peatonales. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-67 Uno de los indicadores de la variable tránsito es el Factor de Hora Pico que se define como la relación entre el volumen horario y cuatro veces el flujo aforado en el periodo de 15 minutos más cargado; este indicador refleja la variabilidad del tránsito; si es bajo indica alta variabilidad y si es igual a uno se interpretaría como que no hay variabilidad (comportamiento uniforme). FHP Volumen horario ; 0,25 FHP 1 4 * flujo 15 min máximo Como ya se mencionó, para caracterizar el tránsito se observan los tipos de vehículos que generalmente son: automóviles, buses, camiones, bicicletas y motos. La tipología a observar depende del objetivo del estudio de tránsito a realizar. Los aforos también consideran el tránsito de personas y en este caso los periodos puede ser de uno, cinco o quince minutos según el propósito del estudio (Investigación, diseño o planificación). La clasificación de los peatones se hace con respecto a la edad de ellos y típicamente se discrimina en menores de 6 años, entre 6 y 60 y mayores de 60 años. También se hacen consideraciones especiales como las Personas de Movilidad Reducida (Física, síquica o sensorial) dada sus comportamientos particulares de circulación. 6.1.2 Objetivos Determinar los tipos de vehículos o personas que circulan por una infraestructura vial determinada. Conocer los tipos de maniobras y el volumen que circula en cada una de ellas a lo largo del tiempo. Detectar la variabilidad del tránsito a lo largo del tiempo y establecer aquellos que son característicos y se conocen como los periodos pico y valle. Conocer la capacidad y los Niveles de Servicio que se experimentan en cada tipo de infraestructura vial (vehículos o peatones) de interés. 6.1.3 Factores de equivalencia vehicular En la aplicación de los procedimientos para el análisis del tránsito sobre las distintas infraestructuras viales es necesario reconocer las diferentes características físicas y operacionales de los vehículos lo cual se hace mediante el uso de factores de conversión de los tipos de vehículos a uno que sirve de referencia y que se denomina en la literatura internacional de diferentes maneras (automóviles directos equivalentes o ADEs, unidades de carros de pasajeros o PCUs); éstos factores de equivalencia vehicular se establecen según el propósito de análisis como por ejemplo si se trata del diseño del pavimento, diseño de estacionamientos, cálculo de capacidad o de nivel de servicio, además, se consideran el efecto que produce en la operación las características de la vía (ancho de carril y/o berma, pendiente, radio de giro, superficie de rodadura, etc.), Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-68 de control del tránsito, composición vehicular, maniobra que realiza, características del conductor y del entorno a la infraestructura que se analiza. 6.1.4 Descripción del trabajo de campo Dependiendo de los propósitos del estudio se diseña o utiliza el formato apropiado. Si el estudio pretende determinar las horas o periodos de diseño para una intersección semaforizada, controlada por señales o glorieta, el formato permite registrar los volúmenes generales sin precisar el tipo de vehículos. Se hace durante la mayor parte del día (generalmente 16 horas) para los días representativos de semana, fin de semana y especiales. Como ejemplo puede considerarse el formato de la Figura 6.1 CONTEOS DE VOLÚMENES TOTALES DIARIOS. No debe olvidarse que el formato que se elija debe permitir el registro de la información que interesa para el estudio específico, es decir, tratar de observar la información que es necesaria, ni más, ni menos. En este tipo de estudios puede ser apropiado el uso de equipo automático sencillo que registre el número de vehículos sin clasificar como son los detectores neumáticos, de contacto eléctrico, fotoeléctrico, radar, infrarrojo, etc. Una vez definido los periodos de diseño (pico de la mañana, mediodía o tarde) y si se trata de un estudio para diseñar el control del tránsito mediante señales o semáforos, se necesita la observación más detallada de los volúmenes determinando el tipo de vehículo y la maniobra que realiza con el propósito de obtener un mejor acercamiento al valor más probable del volumen horario de diseño. En las Figuras 6.2 Hoja de campo para aforos de tránsito, Figura 6.3 Hoja de campo- conteos vehiculares en intersecciones y Figura 6.4 Formato de conteo vehicular en accesos a intersecciones se dan ejemplos de la forma como se puede registrar en el sitio el tránsito y la manera de reducirla a información que permite continuar con el diseño del control del tránsito. La Hoja de Campo de la figura 6.2 se llena una para cada intervalo de 15 minutos en el periodo de diseño determinado en el estudio general de tránsito y se llena cada una de las cuatro tablas para cada acceso que permita la intersección usando marcas o números. Para poder realizar con eficiencia, economía, seguridad y confiabilidad los aforos manuales, es prudente desarrollar una serie de actividades que se describen a continuación: Planificación del trabajo Capacitación del personal (Prueba piloto). Distribución del personal, equipos, instrumentos y materiales de trabajo. Llenar encabezamiento del formato. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-69 Iniciar 15 minutos antes del periodo de aforo con propósitos hacer ajustes en la distribución del trabajo, adaptación a las condiciones particulares del lugar (visibilidad, magnitud del trabajo, seguridad, etc.). Llenado simultáneo de los formatos de campo por parte de todo el personal asignado a cada sitio de estudio (Usar cronómetros sincronizados, código de señales de comunicación, cambio de formato cada 15 minutos, etc.). Terminar el trabajo revisando que se tenga toda la información considerada necesaria, tomar la que haga falta y totalizar los volúmenes. Figura 6.1 CONTEOS DE VOLÚMENES TOTALES DIARIOS. FUENTE: GÓMEZ V., D.; VALENCIA A., V. G. y VILLAN R., F. 1987. Aplicación del programa TRANSYT-F para optimización de semáforos en Colombia. Tesis de maestría. Universidad del Cauca. Popayán, Colombia. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-70 Figura 6.2 Hoja de campo para aforos de tránsito. FUENTE: FUENTE: P. C. BOX y J. C. OPPENLANDER (1964?). Manual de Estudios de Ingeniería de Tránsito, ¿ edición, Instituto de Ingenieros de Transporte, Washington, D. C. Figura 6.3 Hoja de campo- conteos vehiculares en intersecciones. FUENTE: GÓMEZ V., D.; VALENCIA A., V. G. y VILLAN R., F. 1987. Aplicación del programa TRANSYT-F para optimización de semáforos en Colombia. Tesis de maestría. Universidad del Cauca. Popayán, Colombia. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-71 Figura 6.4 Formato de conteo vehicular en accesos a intersecciones. 6.1.5 Asignación de personal El número de personas necesaria para realizar un aforo (Figura 6.2) depende de las características del sitio a observar: tamaño y tipo de infraestructura (número de calzadas y carriles), complejidad y volumen de maniobras, composición vehicular, visibilidad, etc. También depende del propósito del estudio para el cual se realiza el aforo: planificación, diseño, gestión o investigación. Por ejemplo, si la intersección controla poco tránsito se requiere una persona por movimiento pero si tiene mucho tránsito o maniobras diferentes o complejas puede necesitar 2 o más observadores por movimiento y en casos de mayor movimiento se recurre al uso de equipos de aforo automáticos o grabadoras de sonido o video. 6.1.6 Materiales Lo integran la papelería, instrumentos y equipos de medición que corresponden a la magnitud del trabajo a realizar pero que regularmente se compone de: Formatos, tabla de apoyo y gancho, lápiz, borrador, reloj o cronómetro, plástico protector de formatos, paraguas y contador manual. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-72 6.1.7 Instrucciones para el llenado de formatos de campo Existen algunas recomendaciones importantes para llenar los formatos y lograr el propósito del estudio. No dejar vacíos de información en el encabezamiento del formato. En caso de equivocación al registrar los datos se debe borrar con cuidado para evitar las manchas y confusiones con los nuevos datos o si hay duda en el valor se debe atravesar este con un trazo corto y escribir al lado el nuevo número para que en caso que se pueda verificar posteriormente escoger el verdadero. Realizar un esquema a mano alzada de la intersección en consideración haciendo observaciones de referencia mediante convenciones o notas pequeñas, por ejemplo, carril o movimiento observado, norte magnético, dirección, ubicación del observador y demás notas aclaratorias sobre las condiciones del aforo. Complementar los datos de campo con observaciones sobre eventos especiales que puedan afectar las condiciones del estudio como: accidente, desfile, obra, daño de los semáforos, etc. 6.1.8 Procesamiento de la información en oficina Una vez tomada la información de volúmenes en la intersección se procede a reducirla para su análisis e interpretación resumiéndola convenientemente para determinar las características del tránsito. Existen diferentes formatos que dependen de la entidad que los realice, del tipo de estudio y no están unificados, es decir, que se pueden configurar como convenga al estudio. Cualquiera que sea la serie de formatos para el registro de la información en el sitio o para su procesamiento interesa resumir los datos de campo o experimentales según lo siguiente: Variación del tránsito total a lo largo de cada día para determinar los períodos pico y valle. También variaciones: o Semanales: Los días de condiciones normales son el martes, miércoles y jueves. o Anuales: Cambia según sea la estación, período de vacaciones, trabajo, estudio, etc. o Por sentido: Se define con claridad en el centro de la ciudad. Volumen horario por acceso o movimiento clasificado por tipo de vehículo, total en vehículos mixtos y equivalentes. Gráfica que represente el comportamiento anterior. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-73 6.1.9 Presentación de resultados Los resultados pueden ser representados mediante curvas o gráficas ilustrativas que muestran de manera cuantitativa y cualitativa el comportamiento del tránsito. Las gráficas muestran la variación del tránsito a lo largo del día con curvas en sistemas cartesianos de tiempo contra volumen de interés (Ver Figura 6-5) y en las intersecciones se representa con franjas de anchura proporcional al volumen. Ver Figura 6.6. Para el análisis técnico se incluye información como promedios, desviaciones estándar, confiabilidad estadística, etc. Para cada hora o período pico o valle hacer un esquema de la intersección que ilustre gráficamente la magnitud de cada movimiento en vehículos mixtos y equivalentes mediante franjas con anchuras proporcionales a los volúmenes. Ver Figura 6.7 y 6.8. Integrando todo lo anterior para una ciudad puede obtenerse un diagrama como el de la Figura 6.9. 6.1.10 Análisis de información Los datos de campo debidamente reducidos y resumidos deberían permitir lo siguiente: Determinar los patrones del tránsito, es decir, las magnitudes y variaciones del volumen vehicular y peatonal actual a través del tiempo (año, meses, semanas). Ver Figura 6.5 y 6.6. Establecer y analizar los periodos y horas pico en los cuales se hallan generalmente los problemas a solucionar sobre operación del tránsito (vehicular y peatonal). Establecer y analizar los periodos y horas valle para el caso de programación de tiempos de control del tránsito mediante semáforos. Composición vehicular. Comportamiento del tránsito. Durante el día típico de la semanas y los días especiales. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 6-74 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO AFOROS VEHICULARES GENERALES (Calle 6/Carrera6) POPAYÁN. Septiembre de 2003. 2500 Vehículos mixtos/hora 2000 1500 1000 0 5:00 5:15 5:30 5:45 6:00 6:15 6:30 6:45 7:00 7:15 7:30 7:45 8:00 8:15 8:30 8:45 9:00 9:15 9:30 9:45 10:00 10:15 10:30 10:45 11:00 11:15 11:30 11:45 12:00 12:15 12:30 12:45 13:00 13:15 13:30 13:45 14:00 14:15 14:30 14:45 15:00 15:15 15:30 15:45 16:00 16:15 16:30 16:45 17:00 17:15 17:30 17:45 18:00 18:15 18:30 18:45 19:00 19:15 19:30 19:45 20:00 500 Hora de inicio del volumen CALLE 6 De frente CALLE 6 A derecha CALLE 6 Total CARRERA 6 De frente CARRERA 6 Total TOTAL INTERSECCIÓN CARRERA 6 A izquierda FIGURA 6.5 Patrones típicos de tránsito en el día. FUENTE: Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín y Alcaldía de Popayán. (2003). Estudio para el mejoramiento del tránsito en intersecciones de Popayán. FIGURA 6.6 Patrones típicos de tránsito mensual, diario y horario. FUENTE: FUENTE: P. C. BOX y J. C. OPPENLANDER (1964?). Manual de Estudios de Ingeniería de Tránsito, ¿ edición, Instituto de Ingenieros de Transporte, Washington, D. C. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-75 FIGURA 6.7. Resumen gráfico de movimientos vehiculares. FUENTE: BOX, P.C. y OPPENLANDER, J. C. 1975. Manual of Traffic Engineering Studies, 4º ed., Institute of Transportation Engineers, Washington, D.C. Fig.2-23. p. 30. Citado en: McSHANE, W.R. y ROESS, R.P. 1990. Traffic Engineering. Prentice - Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey. E.U.A. x + 660pp. FIGURA 6.8. Diagrama de flujos vehiculares en una intersección. FUENTE: ITE (1976). Transportation and Traffic Engineering Handbook, 1º ed., Institute of Transportation Engineers, Washington, D.C. Fig.10-3. p. 410. Citado en: McSHANE, W.R. y ROESS, R.P. 1990. Traffic Engineering. Prentice - Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey. E.U.A. x + 660pp. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-76 FIGURA 6.9. Diagrama de flujos vehiculares en una red vial de una ciudad. FUENTE: SÁNCHEZ B., V. (1997). Curso Sistemas Avanzados de Gestión de Tráfico. Doctorado en Optimización y Explotación de los Sistemas de Transporte. Universidad Politécnica de Valencia (España) y Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Tunja, Colombia. CONTEO MANUAL DE TRÁNSITO ENTRE INTERSECCIONES (En tramos viales) 6.2 6.2.1 Objetivos Conocer la composición vehicular del tránsito. Determinar los patrones del tránsito diario, semanal, mensual y anual. Caracterizar la demanda de tránsito y su variación en términos de periodos pico y valle. Determinación del sitio donde colocar los detectores vehiculares y peatonales cuando el control del tránsito e realiza con semáforos de tipo accionado por el tránsito. Definir la ubicación de estaciones maestras para la medición de volúmenes. 6.2.2 Descripción del trabajo En el caso de vías rurales es muy común hacer el aforo durante 7 días consecutivos representativos de las condiciones medias del tránsito y mínimo 14 horas en cada día pero idealmente las 24 horas. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-77 Se realiza en los sitios donde hay mayor flujo por ser la situación crítica y donde se presentan los mayores problemas a resolver. Se registran los datos en un formato como el de la Figura 6.10 que presenta el formato de campo por cada sentido de circulación. FIGURA 6.10. Formato de campo para aforo manual en carreteras. 6.2.3 Instrucciones para el llenado de formatos de campo Suministrar toda la información general que se solicita. El formato de campo se llena por cada periodo de 15 minutos. 6.2.4 Asignación de personal Se estima suficiente un observador por cada estación y sentido. Cuando el flujo es elevado o hay más de un carril puede ser necesario dos observadores (uno por carril). Conviene comenzar un tiempo antes de iniciar el aforo para adaptarse a la metodología de aforo y seleccionar el sitio más adecuado resguardado de las inclemencias del tiempo y tener la mejor visibilidad. De esta manera se tiene oportunidad de aclarar las dudas que surjan con el supervisor del estudio y verificar la capacidad de registrar confiablemente los datos de campo. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-78 6.2.5 Materiales Tabla, gancho, lápiz, formatos, cronómetro y eventualmente contador. 6.2.6 Presentación de resultados De manera similar a lo mencionado en el caso de intersecciones conviene mediante gráficas ilustrar la variación del tránsito a través del tiempo y clasificado por tipo de vehículo y por sentido. Si se ha hecho el aforo automático es posible obtener ordenadamente los volúmenes horarios de todo el año que organizándolos en forma descendente y en términos de porcentaje del TPDA ayudan en la determinación del correspondiente a la trigésima hora más cargada cuyo valor es un índice importante para definir el volumen horario de diseño, por lo tanto, es posible caracterizar el tránsito. 6.2.7 Análisis de información La observación adecuada de los resultados arrojaría conclusiones sobre los períodos del año, de la semana y del día donde el tránsito presenta los valores más altos definiendo los periodos pico en donde debe concentrar la atención del ingeniero para evaluar la calidad del tránsito y de acuerdo a ello tomar los correctivos necesarios. Si este análisis es acompañado con estimaciones del comportamiento futuro del tránsito mediante técnicas de análisis de regresión o aplicación de modelos de tránsito sus resultados caracterizarían los períodos de máxima demanda permitiendo conocer los problemas del tránsito con suficiente anticipación para tomar las medidas preventivas adecuadas. El volumen horario de diseño, el factor de hora pico, la composición vehicular obtenidos para el sector critico de la carretera actual o en el futuro son insumos básicos para aplicar los procedimientos de determinación, por ejemplo, de la capacidad y niveles de servicio en carreteras de dos carriles que permiten calificar la calidad de la operación del tránsito. 6.3 ESTUDIOS DE ORIGEN Y DESTINO 6.3.1 Introducción Para caracterizar el tránsito completamente requiere además de la determinación del volumen conocer la causa de él, es decir, la distribución de los viajes vehiculares y/o peatonales entre los diferentes pares origen – destino, de otra manera, no sería posible adelantar análisis del tipo de evaluación de vías alternas, variantes, estimación futura del tránsito, causas del crecimiento, explicación de la composición vehicular, definir modelos de tránsito y de transporte, etc. 6.3.2 Descripción y uso Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-79 En forma general los estudios O-D se adelantan con propósitos de planificación del transporte: localización, diseño, programación de vías nuevas o mejoradas, transporte público y estacionamientos. Un estudio O-D recopila datos sobre el número y tipo de viajes entre parejas de sitios de origen y destino dentro de un área de influencia, por lo tanto, requiere definirla mediante una zonificación. Un estudio O-D permite analizar la movilidad de vehículos y pasajeros. El principal resultado que se busca es obtener la matriz origen –destino de los viajes de las personas o de los vehículos dentro del área de estudio según propósitos de viaje, horas del día, tipo de servicio de transporte, tipo de vehículo y su variación a través del tiempo y del espacio. 6.3.3 ¿Dónde hacer el estudio? Una ruta particular, urbana o rural, parte o toda el área metropolitana. 6.3.4 Personal y equipo. Depende del método usado y de la magnitud del estudio. Personal: Ingenieros de tránsito, encuestadores, aforadores, policías de tránsito. Equipo: lápices, formatos, tablas de apoyo, cronómetros, planos, señales portátiles, chalecos reflectivos, identificaciones, escalímetros, computadores. 6.3.5 Área de estudio Delimitar el área de acuerdo al tipo de estudio, los objetivos, alcances y los recursos disponibles. Tratar de conservar la zonificación hecha en estudios anteriores para aprovechar la información adquirida sin realizar procesos difíciles de desagregación y agregación. La zonificación sirve para resumir los orígenes y destinos del tránsito o de los viajes dentro de áreas razonablemente pequeñas. Se supone que todos los viajes salen y llegan de los centroides de cada zona. Los diferentes grados de agregación pueden ocasionar diferentes niveles de errores. El tamaño esta gobernado por la magnitud del área, densidad de población y propósito del estudio. Zonificación: secciones o sectores (ej: centro de la ciudad), distritos (usos de la tierra similares), zonas (6 a 10 manzanas en el centro de la ciudad), subzonas, manzanas. Ver Figura 6.11 que representa la zonificación de Medellín hecha para un estudio de planificación de transporte. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-80 FIGURA 6.11. Zonificación de Medellín. FUENTE: VALENCIA A., V. G. (1991). Aplicación de Modelos Computacionales para Planificación del Transporte en el Valle de Aburrá. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. CINDEC. 6.3.6 Métodos Hay diferentes métodos para el estudio O-D según los objetivos del estudio. (BOX y OPPENLANDER, 1964). Los más completos: obtienen datos sobre cada viaje, origen, destino, tiempo de viaje, modo (ej: usuarios del transporte público), uso de la tierra, características socioeconómicas del viajero y su familia. El método se elige conciliando las necesidades de datos frente a la disponibilidad de personal, presupuesto y limitaciones de tiempo. A continuación se enumeran los más usados (BOX y OPPENLANDER, 1964): 1. Encuesta a conductores de vehículos. 2. Tarjetas postales a los conductores de vehículos en movimiento. 3. Placas de vehículos en movimiento. 4. Etiqueta sobre el vehículo. 5. Placas del vehículo estacionado. 6. Encuesta domiciliaria. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-81 7. Cuestionario postal a propietarios de vehículos de motor. 8. Cuestionario de empleado. 9. Cuestionario para terminal de transporte público. 10.Cuestionario del pasajero de transporte público. 11.Método de síntesis. 12.Estudio integral de origen y destino. En los apartes siguientes se comentan con mayor detalle algunos de los anteriores métodos. 6.3.6.1 Método 1: Encuesta a conductores de vehículos. Se detiene a los conductores de los vehículos (automóviles, camiones y buses, no pasajeros) para ser encuestados. Dependiendo del objetivo del estudio es importante la elección del punto y tipo de encuesta (carga, variante, planificación de acceso a una ciudad). Ver Figura 6.12. Es un método útil cuando el personal es escaso, es flexible en cuanto a número de estaciones y duración. Requiere supervisor, encuestadores y aforadores. Requiere la asistencia de la policía de tránsito. Es parte del estudio integral de origen y destino (Método 12). Analizar solo una muestra representativa de los conductores de vehículos (Evitar congestionamientos, distorsión de la operación, mantener buenas relaciones, limitantes de recursos). La muestra puede estar entre 25 y 50%. Una variación de este estudio es la de entrevistar a los conductores de vehículos estacionados. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-82 FIGURA 6.12. Formato de encuesta origen destino de carga. FUENTE: Ministerio de Obras Públicas y Transporte. Instituto Nacional de Transporte -INTRA. (1986). Movilización de carga por carretera año de 1986. 2ª edición. INTRA. Bogotá. Colombia. 84pp. 6.3.6.2 Método 3: Placas de vehículos en movimiento. Los observadores anotan los tres últimos dígitos de las placas del vehículo en cada estación por períodos cortos de tiempo (1 min). Al hacer el seguimiento del número de placa en cada estación se puede determinar el recorrido realizado. El origen es el lugar donde el vehículo es observado primero y el destino donde es observado por última vez. Es adaptable a lugares donde el tránsito es demasiado pesado para ser detenido para la encuesta de conductores. Es independiente de la cooperación de los conductores. Evita las respuestas tendenciosas de los conductores que no están interesados en colaborar pero no permite conocer los propósitos de viaje. No se adapta a áreas grandes de estudio por la gran exigencia de personal. Debe ser hecho en un día, debe ser continuo, cada punto de entrada y salida debe ser estudiado. Puede haber baja coincidencia de números de placas entre estaciones sucesivas si hay puntos intermedios de salida de vehículos. Se requiere una gran cantidad de trabajo para procesar la información recolectada. Ejemplo: Planificación y diseño de glorietas o intercambios viales. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-83 6.3.6.3 Método 6: Encuesta domiciliaria. Se obtiene información sobre todos los viajes de los residentes en una zona (en todos los modos). Ver Figura 6.13, 6.14, 6.15 y 6.16. Hace parte del estudio integral de O-D del área metropolitana. Se selecciona una muestra de las residencias del área a estudiar. Como recomendación se da la tabla siguiente: Población Muestra <50.000 No es clara la justificación para hacer este estudio 50.000 - 150.000 1/8 150.000 - 300.000 1/10 300.000 - 500.000 1/15 500.000 - 1.000.000 1/20 >1.000.000 1/25 Puede combinarse con los estudios de encuesta a conductores, cuestionarios con tarjeta postal para obtener una imagen completa del patrón del tránsito. Es conveniente la publicidad previa para una máxima cooperación del público. Las entrevistas se dirigen a los residentes de cada domicilio, personas mayores de 5 años y se interroga sobre todos los viajes realizados en el día anterior. Es importante respetar el domicilio pre-elegido, es decir, es preferible regresar otra vez a la residencia que entrevistar a los ocupantes de otra residencia. La ventaja es obtener la información completa de los viajes de los residentes. La desventaja es el costo alto, el tiempo y personal. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-84 FIGURA 6.13 Encuesta domiciliaria de origen y destino. Parte 1. FUENTE: COINCO-AEI. 1991. Estudios para el Plan vial y de transporte de Cali. COINCO-AEI. Santiago de Cali, Colombia. FIGURA 6.14 Encuesta domiciliaria de origen y destino. Parte 2. FUENTE: COINCO-AEI. 1991. Estudios para el Plan vial y de transporte de Cali. COINCO-AEI. Santiago de Cali, Colombia. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-85 FIGURA 6.15. Hoja de campo de encuesta domiciliaria. Parte 1. FUENTE: P. C. BOX y J. C. OPPENLANDER (1964). Manual de Estudios de Ingeniería de Tránsito, Instituto de Ingenieros de Transporte, Washington, D. C. FIGURA 6.16. Hoja de campo de encuesta domiciliaria. Parte 2. FUENTE: P. C. BOX y J. C. OPPENLANDER (1964). Manual de Estudios de Ingeniería de Tránsito, Instituto de Ingenieros de Transporte, Washington, D. C. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-86 6.3.6.4 Método 12: Estudio integral de origen y destino. Proporciona el inventario más completo de información de origen y destino urbanos de los estudios conocidos. Considera todos los viajes realizados por residentes del área metropolitana en todos los modos de transporte y todos los propósitos de viaje. Tiene dos partes: El estudio interno y el externo. Estudio interno: consiste en encuestas domiciliarias suplementadas con viajes de buses y taxis. Estudio externo (cordón exterior dibujado alrededor del área de estudio): Determinar los recorridos de los conductores de automóviles no residentes en la zona (aplicar método 1) se hace en las intersecciones de calles principales que cruzan el cordón. 6.4 ESTUDIOS DE TIEMPOS DE RECORRIDO Y DEMORAS 6.4.1 Introducción 6.4.1.1 Definiciones Tiempo de recorrido: Es el tiempo utilizado para recorrer un tramo de vía o sucesión de ellos. Tiempo de marcha: Es el tiempo utilizado en recorrer una distancia entre un origen y un destino pero cuando el vehículo está efectivamente en marcha, es decir, sin incluir detenciones ni demoras. Velocidad media de recorrido: Es el promedio de las velocidades de una muestra representativa de vehículos que recorren cualquier tramo de la vía. Velocidad de marcha: De una muestra representativa de vehículos se obtiene el promedio de las velocidades al recorrer un tramo de un origen a un destino pero solo en la marcha efectiva, sin incluir detenciones ni demoras por detención. Velocidad libre: Es aquella obtenida considerando los vehículos que circulan sin ningún impedimento por parte del tránsito. Para definir la condición de libertad se estipula un umbral de intervalo vehicular, por ejemplo, de 5 segundos según la AASHTO 2000. Velocidad temporal ( V T ): Es la media de las velocidades registradas en un tramo de vía, por ejemplo midiendo las velocidades con radar en un tramo de vía corto, dada por la siguiente expresión: n VT V i 1 i n Donde n: Número de datos. Velocidad espacial ( VE ): Es la distancia dividida entre el promedio de los tiempos de su recorrido y está dada por la siguiente expresión: Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO VE 6-87 x n t i 1 i n Donde x= distancia recorrida. ti: Tiempos de recorrido de la distancia x. La velocidad temporal es mayor que la velocidad espacial, ésta última se puede obtener como la media armónica de la primera, es decir: VE 1 n 1 V i 1 i n Demora: Es el tiempo durante el cual el conductor de un vehículo se encuentra restringido en su deseo particular de transitar, es decir, de circular a su velocidad deseada debido a la limitación que le impone un vehículo lento que lo antecede en su circulación o la ocurrencia de otro suceso como la indicación roja del semáforo, o el ascenso y descenso de pasajeros en un bus, la ocasionada por la congestión, un accidente, etc. Demora total: Es la diferencia entre el tiempo total de recorrido y aquel ideal para el mismo tramo de vía. También es la sumatoria de las demoras registradas por diferentes causas. Demora por detención: Es el resultado de acumular los tiempos durante los cuales el vehículo se encuentra detenido, es decir, no se incluye el tiempo de aceleración y deceleración. En la Figura 6.17 se pueden observar las definiciones de demora, D2 y D3 son dos demoras totales experimentadas por dos vehículos entre la primera y tercera intersecciones semaforizadas. D2 es la suma de tres demoras ocasionadas por el rojo del semáforo y D3 por una sola, por otro lado, esas dos demoras totales son iguales con la diferencia que la primera se ocasionó luego de tres detenciones y la segunda con una sola. Demora total por seguimiento: Es la sumatoria de los tiempos durante los cuales el vehículo se encuentra formando cola o integrando un pelotón de vehículos mientras circula por la vía. Se mide principalmente en carreteras rurales donde la circulación es continua. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO FIGURA 6.17. TRANSYT-7F 6-88 Ilustración de la definición de demora uniforme que adopta FUENTE: GÓMEZ, Dorian, VALENCIA A., Víctor G. y VILLÁN R., Fernando. (1987) Aplicación del programa TRANSYT-7F para la optimización de semáforos en Colombia. Tesis de Maestría en Ingeniería e Tránsito y Transporte. Universidad del Cauca. Popayán. COLOMBIA. 6.4.1.2 Objetivos Con estos estudios se pretende conocer la velocidad promedio a lo largo de un recorrido específico y las causas de su variación con el propósito de evaluar operacionalmente el tránsito, corregirlas y mejorar el nivel de servicio en el tramo de vía observada. Se puede medir mediante dos métodos que son: el de las placas y el del vehículo de prueba (vehículo flotante). Dependiendo del propósito del estudio, los vehículos observados pueden escogerse entre automóviles privados o vehículos de transporte público, en este último se combinan con estudios de ascenso y descenso de pasajeros. Los resultados de este estudio sirven para determinar la efectividad de dispositivos de control de tránsito, en estudios “antes y después”, para el análisis de los niveles de servicio en tramos de vía de la circulación de vehículos y la calidad del servicio de transporte en un sistema, por ejemplo, de buses de la ciudad. 6.4.2 Método del vehículo flotante. El método se orienta hacia la evaluación de la operación del tránsito de vehículos particulares, es decir, la determinación de las velocidades a lo largo del recorrido de una serie de calles y las causas que influyeron en las variaciones de la velocidad (demoras y detenciones). Una vez determinado el recorrido a observar (descripción de calles e intersecciones) se desplaza el vehículo a lo largo de él a una velocidad que represente las condiciones medias del tránsito haciendo que el vehículo “flote” entre los demás. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-89 Se requiere de una persona que conduzca el vehículo y otra que registre, bien sea, los tiempos de paso por puntos de control (o las intersecciones) de los cuales se debe determinar la distancia recorrida desde el inicio del tramo o las velocidades que indica el velocímetro del vehículo, además, debe medirse el tiempo que dura cada demora experimentada por el vehículo al hacer el recorrido asociando esta demora al lugar exacto donde se experimentó. 6.4.2.1 Horas de estudio y recorridos. Dependiendo de los objetivos del estudio pueden hacerse durante los periodos de mayor demanda de viajes o en los periodos valle de un día típico lo cual implica que debería hacerse un estudio de volúmenes para conocer estos periodos. También puede estar orientado a conocer el tiempo o velocidad de recorrido en una vía específica con propósitos de gestión del tránsito (actividades para el mejoramiento de la operación). Deben hacerse tantos recorridos como las necesidades de confianza estadística lo exijan resultando en duraciones del estudio prolongadas o la utilización de varios vehículos. El análisis de los patrones de variación de los tiempos de recorrido con flujo máximo y fuera de los máximos indica que se requiere 12 a 13 recorridos en cada dirección para asegurar una precisión de ±10%. (BOX y OPPENLANDER, 1964). De cualquier manera los recorridos deben planificarse para que representen las condiciones que se desean medir en la vía. 6.4.2.2 Formatos de campo. Antes de iniciar los recorridos, se debe planificar comenzando con la descripción de la sucesión de calles eligiendo los puntos adecuados (generalmente en las intersecciones se usa como referencia del paso del vehículo observado la línea imaginaria de prolongación del bordillo o el centro de la intersección) o sitios característicos donde se vaya a tomar los tiempos de recorrido. El observador debe registrar la duración, lugar y causa de cada detención y demora utilizando el cronómetro. Alternativamente puede usarse una grabadora lo que implica que los datos deberán transcribirse posteriormente. La distancia recorrida proviene generalmente de mediciones hechas en un plano a escala del las vías a transitar o de las lecturas del odómetro del vehículo. Se recomiendan los dos formatos (A2 Y A3) que se describen a continuación. Para el estudio de vehículos particulares es suficiente usar el formato A2, pero para el estudio de vehículos de servicio público (buses, busetas, colectivos, etc.) se requieren los formatos A2 y A3 ya que se considera adicionalmente el ascenso y descenso de pasajeros. FORMATO A2. ASCENSOS Y DEMORAS Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO CAMPO Hoja__ de __ Nombre de la ruta Fecha Hora inicio Hora terminación Nombre del observador (A) Nombre observador acompañante (B) Circulando por 6-90 DESCRIPCIÓN El número de hojas que componen el conjunto total de este tipo de formato. Ejemplo: 1,2, …n o Santa Rita - Centro. Día, mes y año de la recolección de datos Hora y minutos de iniciada la observación de campo. Salida del bús. Hora y minutos en que termina la observación de campo. Llegada del bús. Nombre de quien toma los datos de campo. Nombre de quien acompaña al observador anterior en la toma de los datos de campo. Se especifica el nombre de la vía por la cual se desplaza el vehículo observado. Proviene de un inventario previo. Calle transversal Se consigna la calle que cruza la vía escrita en la columna de “Circulando por” o un punto sobre ella tomado como referencia. Observaciones: Cualquier característica especial de los datos anteriores consignados que Izquierda y derecha interese resaltar para el objetivo del estudio, por ejemplo, para “superficie de rodamiento” decir su estado o calidad. Alternativamente en las columnas “Izquierda” y “Derecha” se registran los nombres de sitios de reconocimiento fácil para que ayude en la ubicación a lo largo del recorrido de la ruta. DEMORAS. Hora de Se indica el instante en términos de horas, minutos y segundos en el que se inicio. Hrs, min, seg. inicia la ocurrencia de una demora a la operación del bús. DEMORAS. Hora Se indica el instante en términos de horas, minutos y segundos en el que se terminación. Hrs, termina la ocurrencia de una demora a la operación del bús. min, seg. Causa Se consigna el código que indica la causa de la demora. En la parte inferior del formato se presentan las causas de las demoras con los códigos correspondientes. Ascenso. Se registra el número de personas que subieron al bús en el tramo de recorrido correspondiente al anotado en la columna “Calle transversal”. Este dato lo registra el observador (A). Descenso adelante Se indica el número de personas que descendieron del bús por la puerta usada normalmente para ascender en el tramo de recorrido correspondiente al anotado en la columna “Calle transversal”. Este dato lo registra el observador (A). (A) Este observador se ubica cerca de la puerta de entrada de los usuarios al bús. Tiene cronómetro y registra las demoras. (B) Este observador se ubica cerca de la puerta de salida de los usuarios del bús. A B A2. ASCENSOS Y DEMORAS Hoja ____ de ____ Nombre de la ruta __________________________________________________________ Fecha _____________ Hora de inicio ______________Hora de terminación ________ Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 6-91 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Dirección ______________________ Nombre del observador ______________________ Nombre del acompañante del observador _____________________________________ CIRCULANDO POR CALLE TRANSVERSAL OBSERVACIONES Izquierda Derecha DEMORAS (Inicio) H m s DEMORAS (terminación) H m s CAUSA ASCENSO DESCENSO ADELANTE Causas de demoras: 1. Ascenso y descenso de pasajeros del autobús observado. 2. Semáforo en rojo. 3. Vehículos estacionados o detenidos. 4. Peatones cruzando. 5. Congestionamiento. 6. Tiempo perdido intencionalmente por el conductor. 7. Por otro autobús detenido. 8. Accidente del autobús. 9. Falla mecánica el autobús. 0. Otras causas. 10. Tarjeta. Observaciones:_______________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ FORMATO A3. DESCENSO Y TIEMPOS DE RECORRIDO CAMPO DESCRIPCIÓN Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Hoja__ de __ Nombre de la ruta Fecha Hora inicio Hora terminación Nombre del observador (A) Nombre observador acompañante (B) Circulando por Calle transversal 6-92 El número de hojas que componen el conjunto total de este tipo de formato. Ejemplo: 1,2, …n o Santa Rita - Centro. Día, mes y año de la recolección de datos Hora y minutos de iniciada la observación de campo. Salida del bús. Hora y minutos en que termina la observación de campo. Llegada del bús. Nombre de quien toma los datos de campo. Nombre de quien acompaña al observador anterior en la toma los datos de campo. Se especifica el nombre de la vía por la cual se desplaza el vehículo observado. Se consigna la calle que cruza la vía escrita en la columna de “Circulando por” o un punto sobre ella tomado como referencia. Hora de llegada. Se indica el instante en términos de horas, minutos y segundos en el que se llega Hrs, min, seg. al punto de cruce de la vía en “Circulando por” y la vía en “Calle transversal”. Este punto de cruce puede tomarse como la línea de PARE antes de la intersección, el centro de la intersección o inmediatamente después de ella. Descenso. Se registra el número de personas que bajan del bús en el tramo de recorrido correspondiente al anotado en la columna “Calle transversal”. Este dato lo registra el observador (B). Ascenso por atrás Se indica el número de personas que ascendieron al bús por la puerta usada normalmente para descender en el tramo de recorrido correspondiente al anotado en la columna “Calle transversal”. Este dato lo registra el observador (B). (A) Este observador se ubica cerca de la puerta de entrada de los usuarios al bús. Tiene cronómetro y registra las demoras. (B) Este observador se ubica cerca de la puerta de salida de los usuarios del bús. A3. DESCENSOS Y TIEMPOS DE RECORRIDO Hoja ____ de ____ Nombre de la ruta ___________________________________________________________ Fecha ________________ Hora de inicio ____________Hora de terminación _______ Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-93 Nombre del observador (A) ___________________________________________________ Nombre del acompañante del observador (B) __________________________________ CIRCULANDO POR CALLE TRANSVERSAL HORA DE LLEGADA DESCENSO POR ATRÁS Hrs min seg Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix ASCENSO POR ATRÁS 6-94 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6.4.2.3 Resultados El resultado del estudio debe indicar el comportamiento de la velocidad promedio a lo largo de la distancia recorrida, las desviaciones estándar para todo el tramo o porciones de él y la clasificación de las demoras registradas. Sirven para medir el grado de eficiencia relativo de un sistema de calles de una ciudad; para mostrar las velocidades promedio de un sistema de calles para asignación del tránsito o medir el efecto del control del tránsito en los estudios “antes” y “después”. El dibujo adecuado de los datos de campo convertidos generar perfiles de velocidad a lo largo de la ruta. Ver Figura 6.18. Si se tiene la precaución de registrar los tiempos de recorrido a intervalos de minuto podría permitir la preparación de curvas isócronas que son fundamentales para los estudios de movilidad. velocidad por demoras vel 1 vel2 vel3 8.600 8.400 8.200 tiempo (h) 8.000 7.800 7.600 7.400 7.200 7.000 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.000 dist (km) FIGURA 6.18. Perfil de velocidades de un recorrido en la Ruta Santa Rita 001. FUENTE: Alumnos de Tránsito Urbano. (1997?). Informe del estudio de operación del transporte público en la ruta de buses de Santa Rita 001 de Medellín. Carrera de Ingeniería Civil. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 6-95 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6.5 EVALUACIÓN ECONÓMICA DE CARRETERAS TÉCNICA (Tipo de método constructivo) ECONÓMICA (Precios económicos) FINANCIERA (Precios de mercado) SOCIAL AMBIENTAL 6.5.1 Costos del proyecto Monetarios COSTOS DEL PROYECTO Primarios Cuantificables Directos De inversión De conservación De mantenimiento. Asociados Secundarios No monetarios No cuantificables (Efectos sociales o ambientales) 6.5.1.1 Costos de inversión a. Estudios e investigaciones preparatorias y de los estudios técnicos detallados. Estudios preliminares Estudio de factibilidad Preparación y administración de concurso de méritos Estudios de ingeniería (Conteos tránsito e investigaciones de movilidad, estudio económico de alternativas, estudios de suelos, diseño geométrico, de pavimentos, de obras de iluminación, elaboración de propuestas, Preparación de licitaciones) Evaluación de propuestas para la construcción de obras b. Costos de equipos (Proyecto vial: Elementos de control de tránsito) c. Costos de construcción Precio unitario * cantidad de obra d. Predios afectados o derechos de vía e. Costos de Supervisión de la ejecución del proyecto (6% de los costos de construcción) f. Costos de administración (2% de los costos de construcción) g. Imprevistos Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6-96 Costos de construcción 10% Costos ingeniería del proyecto Estudios e investigaciones Estudios técnicos detallados Supervisión e interventoría h. Gastos financieros Intereses sobre préstamos Comisión de crédito Comisión de inspección y vigilancia (Financiadora) 6.5.1.2 Costos de conservación y mantenimiento a. Definición de técnicas de conservación Conservación (Rutinaria): Reparación fallas locales Nivelación y compactación de bermas Control de erosión y limpieza de cunetas Limpieza y reparación de alcantarillas y estructuras Limpieza de la zona Servicios al tránsito Remoción de derrumbes Mantenimiento (Periódica) : Parcheos del pavimento Reposición de tratamiento de bermas Reposición de señales y marcas del pavimento Perfilada y reposición de materiales del afirmado b. Cálculo de costos teóricos Lista de precios básicos y de jornales Valor horario de la maquinaria Costos de cuadrillas básicas Costos directos de reposición periódica Costos generales de administración c. Análisis y presentación de resultados Miles de pesos/km para afirmado y pavimentado y niveles de tránsito Costos anuales de conservación Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 6-97 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6.5.2 Beneficios del proyecto Primarios Monetarios Cuantificables BENEFICIOS DEL PROYECTO de de de y Secundarios No monetarios No cuantificables 6.5.2.1 Ahorros en costos operación. Ahorros en tiempos viaje. Ahorros en accidentes Ahorros en costos conservación mantenimiento Reducción de contaminación Protección del patrimonio Otros Aquellos beneficios intangibles que experimentan las personas afectadas por el proyecto. Costos de operación a. Independientes de la velocidad de operación Salarios y prestaciones, garaje, seguros, administración Otros : Lavado y engrase b. Dependientes de la velocidad de operación Consumo de combustible y lubricantes Desgaste de llantas Mantenimiento, reparaciones y repuestos c. Depreciación e intereses 6.5.2.2 Costos de operación - MODELO HDM-IV-Submodelo VOC Modelo para el análisis de inversiones en carreteras Efectúa la simulación de la vida útil de la carretera en términos físicos y de costos. Análisis simples ( Ej.: Evaluación económica de un refuerzo en pavimento asfáltico o rígido) Análisis complicados (Ej.: Impactos de la reducción de inversión en el mantenimiento) Aplicaciones: Análisis económico y financiero de proyectos (construcción, rehabilitación), de alternativas de trazado, alternativas de estructuras de pavimento, de costos de operación (por tramo o red), políticas de mantenimiento, planeamiento global, etc. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 6.6 6-98 BIBLIOGRAFÍA Alumnos de Tránsito Urbano. (1997?). Informe del estudio de operación del transporte público en la ruta de buses de Santa Rita 001 de Medellín. Carrera de Ingeniería Civil. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. BOX, P.C. y OPPENLANDER, J. C. 1975. Manual of Traffic Engineering Studies, 4º ed., Institute of Transportation Engineers, Washington, D.C. Fig.2-23. p. 30. Citado en: McSHANE, W.R. y ROESS, R.P. 1990. Traffic Engineering. Prentice - Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey. E.U.A. x + 660pp. COINCO-AEI. 1991. Estudios para el Plan vial y de transporte de Cali. COINCO-AEI. Santiago de Cali, Colombia. GÓMEZ V., D.; VALENCIA A., V. G. y VILLAN R., F. 1987. Aplicación del programa TRANSYT-F para optimización de semáforos en Colombia. Tesis de maestría. Universidad del Cauca. Popayán, Colombia. ITE (1976). Transportation and Traffic Engineering Handbook, 1º ed., Institute of Transportation Engineers, Washington, D.C. Fig.10-3. p. 410. Citado en: McSHANE, W.R. y ROESS, R.P. 1990. Traffic Engineering. Prentice - Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey. E.U.A. x + 660pp. Ministerio de Obras Públicas y Transporte. Instituto Nacional de Transporte -INTRA. (1986). Movilización de carga por carretera año de 1986. 2ª edición. INTRA. Bogotá. Colombia. 84pp. P. C. BOX y J. C. OPPENLANDER (1964?). Manual de Estudios de Ingeniería de Tránsito, ¿ edición, Instituto de Ingenieros de Transporte, Washington, D. C. SÁNCHEZ B., V. (1997). Curso Sistemas Avanzados de Gestión de Tráfico. Doctorado en Optimización y Explotación de los Sistemas de Transporte. Universidad Politécnica de Valencia (España) y Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Tunja, Colombia. VALENCIA A., V. G. (1991). Aplicación de Modelos Computacionales para Planificación del Transporte en el Valle de Aburrá. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. CINDEC. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-99 7. CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO 7.1 Introducción La responsabilidad de un ingeniero de tránsito o vial está en resolver eficientemente los problemas que surjan relacionados con el tránsito. Uno de ellos es suministrar la oferta vial adecuada a la demanda estimada para un periodo de diseño de manera que se logre una calidad de la operación aceptable, es decir, dimensionar las características geométricas de la vía para que alcance los objetivos de permitir una circulación segura, económica, rápida y funcional. Una de las formas de funcionalidad es la que se halla implícita en los Niveles de Servicio del tránsito en una vía y asociado a una condición extrema está el concepto de capacidad. Antes de discutir estos últimos conceptos se tratarán algunas definiciones, teorías y acotaciones prácticas para ambientar el tema. 7.2 Estado de un vehículo en la corriente vehicular Cuando un vehículo transita por una vía puede hacerlo a flujo libre, circulando formando un pelotón, siguiendo a otro vehículo, adelantando o en dispersión del pelotón. 7.3 Indicadores de las relaciones entre vehículos. Para analizar el concepto de capacidad de vías es conveniente establecer algunas definiciones y relaciones de indicadores entre vehículos. Todas estas definiciones se asignan al vehículo de atrás pues él es quien las controla. En la Figura 7-1 se muestran los conceptos de paso, brecha, intervalo, longitud del vehículo, separación y espaciamiento. Figura 7-1. Ilustración de la definición de intervalo vehicular y brecha FUENTE: RADELAT E., Guido. (1991) Curso sobre capacidad vial. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. 7.4 Relaciones entre corrientes vehiculares Cuando las corrientes de vehículos se cruzan se experimenta una interrelación cuyo comportamiento depende del tipo de cruce, así: Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-100 CRUCE: La circulación de los vehículos a través del cruce se realiza mediante la aceptación de brechas del tránsito principal por parte del vehículo en la corriente secundaria. Ver Figura 7-2. Las brechas aceptadas normalmente son de 7 a 8 segundos para las maniobras de frente y a la izquierda, y de 5 a 6 segundos para el giro a derecha. En los cálculos de capacidad se utiliza la brecha mínima media aceptada. ENTRECRUCE: Se realiza con las maniobras de convergencia y divergencia de un vehículo de la corriente secundaria mediante aceptación de brechas en la corriente primaria. Ver Figura 7-3. Las brechas aceptadas son de 3 a 4 segundos. FIGURA 7-2. Cruce. FIGURA 7-3. Entrecruce. 7.5 Corrientes vehiculares en vías de circulación continua Son aquellas vías en las cuales no existen elementos de control sobre la circulación (Semáforos, señales de PARE o CEDA EL PASO, etc.) Los factores que influyen en la velocidad media en estas vías son: Variabilidad de la velocidad deseada y posible (Dependiendo del tipo de conductor). Ver Figura 7-4. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-101 FIGURA 7-4. Variabilidad de la velocidad. En la parte (1) de la Figura 7-4 se modela la variabilidad deseada de la velocidad respecto al tipo de conductor, o sea, cero, velocidad igual para todos. En oposición, en la parte (2) de la Figura 7-4 se observa la variabilidad de la velocidad en relación con el tipo de conductor, así: Los conductores en día domingo viajan a velocidades con poca dispersión. Los conductores habituales de una vía transitan a una velocidad muy parecida todos los días y no se aglutinan alrededor de la velocidad media, sin concentración en ella como los domingueros. Los conductores que viajan en carretera de montaña presentan una gran variabilidad en su velocidad, lo que genera interferencia entre ellos, habrá muchos que querrán sobrepasar a los vehículos lentos, haciendo que la velocidad media se disminuya. 7.5.1 Diferencias entre vías de dos carriles y autopistas. 1) Brechas para adelantar. (Suponiendo que hay visibilidad): a) Autopistas: Requiere un conductor de 3 a 4 segundos de brecha para adelantar, pues la necesidad de visibilidad no es mucha limitando su cuidado solo mirando por el espejo retrovisor. Ver Figura 7-5. b) Dos carriles: Para el adelantamiento necesita alrededor de 15 segundos en la corriente vehicular que lleva su mismo sentido de circulación (Tiempo de adelantamiento) y de aproximadamente 25 a 30 s como brecha mínima aceptable en la corriente vehicular que circula en sentido contrario (Brecha de adelantamiento). Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-102 FIGURA 7-5. Brechas para adelantar en autopistas y carreteras de dos carriles. Lo anterior explica la eficiencia o mayor capacidad de un carril en una autopista frente a las carreteras de dos carriles. 2) Brechas constantes y decrecientes. a) Autopistas: Por encontrarse más llenas de vehículos, las brechas son frecuentes. Ver Figura 7-6. b) Dos carriles: Su circulación se caracteriza por la presencia de grupos de vehículos o pelotones y por claros entre ellos, o sea, por la presencia de brechas cada cierto tiempo o con menos frecuencia que en las autopistas. FIGURA 7.6. Brechas en autopistas y carreteras de dos carriles. 3) Visibilidad. a) Autopistas: Es mas sencilla de controlar pues se analiza la disponibilidad de adelantar en corriente de un solo sentido. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-103 b) Dos carriles: Es menor la visibilidad pues el vehículo delantero “estorba” el análisis de la corriente de sentido contrario en las maniobras de adelantamiento. 7.6 Capacidad y Niveles de Servicio. 7.6.1 Capacidad Se define la capacidad como el número máximo de vehículos que pueden circular por una sección transversal de una vía en la unidad de tiempo y bajo las condiciones imperantes de tránsito y de la vía. Esta definición sufre algunas pequeñas modificaciones para adaptarse a cada tipo de vía. Este valor de la capacidad definido para las condiciones imperantes difiere del volumen máximo que puede circular por la vía en un momento dado. El volumen máximo posible depende de factores tales como la composición vehicular, la velocidad de circulación y las condiciones atmosféricas, que pueden cambiar en cualquier momento. (INVIAS, 1996) Volumen máximo vs capacidad: El volumen máximo es el mayor número de vehículos contado en un período de tiempo, generalmente 15 minutos y convertido a horas, lo cual es diferente de la capacidad pues es en una hora directamente. Congestión: Se presenta cuando el volumen horario excede a la capacidad de la vía. Demanda/oferta >1. 7.6.2 Niveles de servicio El nivel de servicio es el grado de aceptación del servicio de tránsito percibido que depende de varios puntos de vista como son del ingeniero de tránsito o del usuario. Según el INVIAS, 1996, el nivel de servicio de un sector de una carretera de dos carriles es la calidad del servicio que ofrece esta vía a sus usuarios, que se refleja en grado de satisfacción o contrariedad que experimentan estos al usar la vía. Según factores económicos e intangibles como la densidad y el porcentaje de tiempo demorado puede ser medido el nivel de servicio. En relación a la capacidad, el nivel de servicio varía directamente en la generalidad de los casos pero en semáforos sucede lo contrario pues al aumentar la duración del ciclo, disminuye el nivel de servicio. El Nivel de Servicio se mide en los países ricos cuantificando y calificando el “porcentaje de tiempo demorado” (En carreteras rurales se considera que un vehículo está demorado si el intervalo es menor de 5 segundos, otros autores usan valores diferentes). Este porcentaje se correlaciona bastante bien con la velocidad media de recorrido aunque esta última es menos sensible. Los parámetros que determinan el Nivel de Servicio son: Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-104 En carreteras de dos carriles: Velocidad y en Colombia además se utiliza la relación entre volumen de demanda y capacidad (Factor de utilización de la capacidad). En EU se usa el porcentaje de tiempo demorado o llamado también demora. En autopistas y autovías: Densidad. En arterias urbanas: Velocidad, porcentaje de demora En semáforos: Porcentaje de tiempo demorado + detención. Las condiciones del país influyen en la operación del tránsito así: Condiciones de la vía Tolerancia Valor del tiempo Países Desarrollados No son importantes El conductor percibe pequeñas molestias Más exigente Las velocidades desarrolladas son altas, el valor del tiempo también Países No desarrollados Son importantes El conductor no percibe pequeñas molestias Tolera más Las velocidades son relativamente bajas, el valor del tiempo es menor FUENTE: RADELAT E., Guido. (1991) Curso sobre capacidad vial. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. 7.7 Corrientes vehiculares en vías de circulación discontinua Ante la presencia de semáforos se forman colas en los accesos donde está encendida la indicación roja, cuando cambia a verde la cola se descarga y el tiempo transcurrido entre el inicio del verde y el paso del parachoques trasero del primer vehículo por una línea de referencia que puede ser la de detención así como el que media entre este instante y el paso del parachoques trasero de cada uno de los demás vehículos en cola por la misma línea se le denomina “intervalos de entrada a una intersección semaforizada”. Ver Figura 7-7. Este intervalo va disminuyendo a medida que pasan los vehículos de la cola hasta que se estabiliza en un valor llamado “intervalo de saturación”, la porción de tiempo que excede el intervalo de entrada de los primeros vehículos al intervalo de saturación son considerados tiempos perdidos y la sumatoria se denomina tiempo total perdido en el arranque del verde como se ilustra en la Figura 7-8 . Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-105 FIGURA 7-7. Condiciones en tránsito interrumpido. FUENTE: VALENCIA, A., Víctor G. (2000). Principios sobre semáforos. Versión en CD. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. Medellín. FIGURA 7-8. Tasa de flujo de saturación y tiempo perdido FUENTE: Mencionado por: RADELAT E., G. Curso sobre capacidad vial. Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín, Unidad de vías y transporte, apuntes del curso, 16 al 20 de diciembre, 1991. Los valores ti, que son los tiempos que supera el valor del intervalo de descarga al de saturación h en los primeros vehículos, al ser sumados resulta el tiempo perdido total en el arranque del verde como se indica a continuación: N t i i1 Donde: Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 7-106 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO = Tiempo perdido total en el arranque del verde [s] ti = Tiempo perdido en el arranque del vehículo i [s] N = Último vehículo en cola con intervalo de descarga mayor que el de saturación. En Medellín (MARTÍNEZ, 1999) estudió este intervalo de descarga en carriles de intersecciones controladas con semáforos accionados por el tránsito. De estos resultados se ilustra lo que corresponde al acceso occidental del cruce entre la Transversal Inferior con la calle 1 sur que tiene una pendiente ascendente del 15,2%, 3% de vehículos pesados y carril de 3,5 m. Ver Figura 7-9. Las líneas externas representan los límites del intervalo de valores separados del promedio en una desviación estándar, consecuentemente la línea interna corresponde al promedio de los valores. El intervalo de saturación para este caso fue de 2,48 s/veh. 11 10.5 10 9.5 9 8.5 8 7.5 Intervalo 7 6.70 6.5 6 5.5 5.11 5 4.5 4.36 4.36 4 3.69 3.51 3.5 3.52 2.75 2.5 2.72 2.48 2 1.80 1.74 1.5 2.51 2.42 2.35 2.32 1.79 1.59 1.50 1.08 1 2.85 2.62 2.41 3.41 3.34 3.24 3.23 3 1.44 1.37 0.88 0.5 0 0 1 2 3 4 5 6 Vehículo Nº 7 8 9 10 11 FIGURA 7-9. Intervalos de descarga, Transversal Inferior con calle 1 sur acceso W FUENTE: MARTÍNEZ H., Carlos M. (1.999) Control inteligente en intersecciones semaforizadas accionadas por el tránsito. Estudios de casos en Medellín. Trabajo Dirigido de Grado para optar el título de Ingeniero Civil. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. Medellín Colombia. 104 p. il. Así el número máximo de vehículos que pasarían por la línea de detención en una hora llamado flujo de saturación será: Flujo de saturación = 3600 3600 = = 1714 veh/h 21 . int ervalo de saturación Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-107 7.8 Concepción microscópica del tránsito. 7.8.1 La invariabilidad de la brecha El estudio de Bruce D. Greenshields y otros, 1947, consideraron la relación de la brecha y la separación con respecto a la velocidad de los vehículos dando como resultado la asombrosa invariabilidad de la brecha con el aumento de la velocidad pero consecuentemente el aumento de la separación. Ver Figura 7-10. FIGURA 7-10. Invariabilidad de la brecha respecto a la velocidad. FUENTE: GREENSHIELDS, B.D., SCHAPHIRO, D. y ERICKSEN, E. L. (1947). Traffic Performance at Urban Street Intersecctions. Technical Report Nº 1. YALE BUREAU OF HIGHWAY TRAFFIC. ENO FOUNDATION FOR HIGHWAY TRAFFIC CONTROL. Citado en: RADELAT E., Guido. (1991) Curso sobre capacidad vial. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. Esta brecha se conservó alrededor de 1,1 segundos. En Colombia se realizó un estudio para determinar la relación obteniéndose que la brecha es insensitiva a la velocidad. Esto se midió en vehículos que viajaban en grupo o pelotón en carreteras de dos carriles y se obtuvo que la brecha para automóviles es de 1,3 segundos, para buses 1,4 segundos y para camiones de 1,5 s. Superpuestos los resultados obtenidos en los estudios de Albuquerque, Nueva York y Colombia se observa la concordancia y oscilan alrededor de 1,3 segundos como se ilustra en la Figura 7-11. En Albuquerque la brecha máxima antes de variar con respecto a la velocidad es de 1,28 s, que es aproximadamente el tiempo de reacción de frenado. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 7-108 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO FIGURA 7-11. Comparación de brechas observadas en una calle de Nueva York en 1947, en varias carreteras de dos carriles en Colombia en 1987 y en una autopista en Nuevo México. FUENTE: RADELAT E., Guido. (1991) Curso sobre capacidad vial. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. 7.8.2 Significación de la invariabilidad de la brecha. El efecto sobre el volumen máximo teórico. Si se supone vehículos con longitud de 5 m, brecha de 1,3 s, el volumen máximo se expresa así: Vol .máximo Número segundos en la hora Intervalo 3600 paso brecha 3600 Longitud velocidad brecha 3600 5 vel 1,3 2432 veh h 3,6 En la autopista de Albuquerque el volumen máximo teórico fue de 2383 veh/h. En carreteras de dos carriles en Colombia es de: Vol .máximo 3600 * 2 3600 * 2 veh 4223 Longitud 4,5 h brecha 1,3 40 velocidad 3,6 La capacidad medida en carreteras de dos carriles se aleja más de la capacidad teórica, porque existe en la vía brechas más grandes que en la autopista. En el Manual de Capacidad y Niveles de Servicio para Carreteras de Dos Carriles colombiano (INVIAS, 1996) aparece como valor de la capacidad ideal 3200 veh/h el cual fue medido en carreteras colombianas. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-109 7.9 MÉTODO COLOMBIANO PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO EN CARRETERAS DE DOS CARRILES (INVIAS, 1996). 7.9.1 Definiciones Carretera de dos carriles es aquella que tiene un carril asignado para cada dirección de circulación. Tipos de terreno Tipo Plano Pendiente Pendiente transversal del longitudinal de terreno la vía <5º <3% Movimiento de tierra Facilidad del trazado Mínimo Sin dificultad Pocas dificultades Difícil Muy difícil Ondulado 6º-9º 3%-6% Moderado Montañoso Escarpado 13º-40º >40º 6%-8% >8% Grandes Máximo Características de la vía: Alineamiento que permita la velocidad más alta y uniforme posible, berma preferible de 1,80 m pero hay de 1,5 m, 1,2 m, 1,0m y 0,5m, obstáculos laterales a más de 1,80 m del borde de calzada. Tramo y sector de vía. La nomenclatura vial nacional definida por el Ministerio de Obras Públicas y Transporte en 1990 define a la ruta de índole nacional o red básica nacional se denominan troncales principales cuya dirección predominante es sur – norte y transversales principales si tienen dirección occidente – oriente; las rutas de orden regional se denominan complementarias. Las rutas se dividen en tramos, con longitudes no mayores de 150 km y se enumeran de forma continua de sura a norte las troncales y de occidente a oriente las transversales. Los puntos de iniciación y terminación de cada tramo deben corresponder en lo posible a sitios o poblaciones de importancia. El sector es una parte del tramo y si tiene características geométricas deficientes (curva cerrada o pendiente fuerte) se define como crítico los cuales se utilizan básicamente para el estudio de capacidad y cuando tienen condiciones que representen las características medias de las carreteras se denominan sectores típicos y se usan principalmente para estudios de nivel de servicio. Capacidad: Es el número máximo de vehículos que pueden pasar por un punto o tramo uniforme de la vía en los dos sentidos, durante un cierto tiempo, en las condiciones imperantes de la vía y el tránsito. Esta definición difiere del volumen máximo que puede pasar por la vía en un momento dado. Nivel de Servicio: Calidad del servicio que ofrece a los usuarios (grado de satisfacción o contrariedad que experimentan al usar la vía). Para definir el nivel de servicio se usa como parámetro principal la velocidad media de Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-110 recorrido (Que mide el grado de movilidad) y como secundario el factor de utilización de la capacidad o sea el volumen de demanda dividido entre la capacidad (Mide la proximidad a la congestión). Nivel de Servicio Descripción general. A Flujo libre, circulación a velocidad deseada. Maniobrabilidad alta. B Apareen restricciones al flujo libre. Reduce la velocidad y así mismo la libertad de conducir a velocidad deseada y la maniobrabilidad. Hay ligeras interferencias. Nace la necesidad de adelantar. La libertad y comodidad son buenas. C Representa las condiciones medias, interferencias tolerables como las deficiencias de la vía que afectan la libertad de circular a velocidad deseada. Libertad y comodidad adecuadas. D Aún hay flujo estable. Hay restricciones geométricas y de pendiente. No se puede circular a la velocidad deseada. Hay interferencias frecuentes. La libertad y comodidad son deficientes. E Se circula a capacidad. El flujo es muy inestable, con una pequeña perturbación se genera congestión. Velocidad baja pero aún fluye el tránsito. Es imposible adelantar. Libertad y comodidad muy bajas. F Hay congestión (Demanda > Capacidad). No hay continuidad del flujo. La velocidad es menor a la que se presenta a capacidad. Se presentan colas largas de vehículos y detenciones constantes. 7.9.2 Principios básicos del manual. A continuación se hace un resumen de este tema contenido en el Manual de Capacidad y Niveles de Servicio para Carreteras de Dos Carriles colombiano (INVIAS, 1996) por lo tanto, para mejor comprensión se recomienda su consulta. Separación del cálculo de la capacidad y el nivel de servicio. Es la principal diferencia con el HCM´85 (TRB, 1985) y la razón surge por el uso del parámetro del volumen en la capacidad. El inverso del volumen es el intervalo medio vehicular que es la suma del paso y la brecha, el primero varía con la velocidad mientras que la segunda es insensitiva respecto a ella, por lo tanto, las variaciones de velocidad no pueden producir variaciones proporcionales en el intervalo medio y consecuentemente en el volumen máximo. Por lo anterior se usan factores de corrección diferentes en el cálculo de capacidad y el de nivel de servicio realizando separadamente Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-111 estos procedimientos. De esta manera se eliminan las imprecisiones que involucra el procedimiento del HCM´85. Importancia de los factores geométricos sobre los del tránsito. La capacidad y el nivel de servicio experimentan mayor influencia por parte de la geometría de la vía que por las variables relacionadas con el tránsito lo cual refleja la realidad del medio colombiano en el tránsito. Velocidad media de recorrido. Este parámetro fue escogido para medir el Nivel de Servicio al observarse en las carreteras colombianas que los representaba. En los países (EU) donde las vías apenas impone limitaciones a la circulación y el tránsito es intenso, se usa como parámetro el porcentaje de tiempo durante el cual los vehículos viajan demorados por otros (Demora por seguimiento). Aplicación de los factores de corrección. Los factores que tienen en cuenta el alejamiento de las condiciones de la vía con respecto a la ideal en los procedimientos de cálculo de la capacidad se aplican en forma simultánea mientras que en el cálculo del Nivel de Servicio se hacen en forma consecutiva. 7.9.3 Identificación de factores que influyen en la operación de vehículos en carreteras de dos carriles. Características de operación fundamentales Cuando el volumen se incrementa y/o hay restricciones geométricas, entonces, se disminuyen las posibilidades de adelantamiento generando la formación de grupos de vehículos. Factores que influyen en la circulación del tránsito o Efecto de la curvatura y el peralte El radio de curvatura, el peralte y el coeficiente e fricción entre las llantas y la superficie de rodadura limitan la velocidad segura al circular por una curva. o Efecto de las pendientes longitudinales Cuando la pendiente es ascendente el vehículo en su movimiento debe vencer algunas resistencias como la del aire, la rodadura, las fricciones internas del motor y una componente de su propio peso, en general. Los camiones están más influenciados por estas pendientes y cuando son de cierto valor llegan a circular a una velocidad sostenida denominada velocidad de régimen. La velocidad máxima del vehículo depende de la relación peso/potencia, la inclinación de la pendiente su longitud y la velocidad de entrada a ella. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-112 En descenso el movimiento de los vehículos está limitado por los elementos geométricos y en los camiones se resalta el aumento de la inercia que reduce la fuerza de fricción necesaria para frenar, entonces, para evitar perder el control sobre el camión en pendientes fuertes y de gran longitud el conductor reduce la velocidad. o Efecto de los camiones. Al tener mayor longitud que los demás vehículos, su paso resulta mayor y en consecuencia el intervalo provocando la reducción de la capacidad del carril. Además, la mayor longitud también limita las posibilidades de adelantamiento y si se le agrega que circula a una velocidad baja, entonces, reduce la velocidad de todo el tránsito y su nivel de servicio que a su vez aumenta el intervalo de todo el tránsito reduciendo la capacidad. o Efecto del estado de la superficie de rodadura. El estado de la superficie de rodadura afecta el nivel de servicio porque reduce la velocidad media de recorrido cuando es de calidad deficiente, además, reduce la comodidad, economía (mayores costos de operación) y seguridad al circular por la vía. Los parámetros considerados para calificar el estado de rodadura puede ser cualquier de los siguientes pero se recomienda en el orden preferente siguiente: IRI, porcentaje de área afectada y Nivel Funcional. 7.9.4 Cálculo de la capacidad La capacidad de una carretera de dos carriles bajo sus condiciones particulares de tránsito y de la vía se obtiene a partir de una capacidad ideal en los dos sentidos que corresponde a las siguientes condiciones: Rasante horizontal. Alineamiento recto. Terreno plano. Anchura de carril no menos de 3,65m. Anchura de berma no menos de 1,80 m con superficie de rodadura de calidad inferior a la de la calzada y distinta inclinación. Visibilidad adecuada para adelantar. Señalizaciones horizontales y verticales óptimas. Distribución direccional de 50/50. Ausencia de vehículos pesados. Superficie de rodadura en condiciones óptimas. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-113 A continuación se aplican los factores de corrección sobre la capacidad ideal para tener en cuenta el alejamiento de las condiciones ideales por parte de la carretera en cuestión. Cada factor tiene en cuenta el efecto de una de las variables de la vía o el tránsito sobre la capacidad ideal aplicándolos en forma simultánea, tal como se resume a continuación: Ci = capacidad ideal = 3200 vehículo/h para los dos sentidos. C60 = Capacidad60 = Ci * Fpe * Fd * Fcb * Fp. Capacidad del sector en vehículos mixtos por hora en ambos sentidos, sin tener en cuenta las variaciones aleatorias. Donde: Fpe = Factor de corrección a la capacidad por pendiente (Tabla 1). Fd = Factor de corrección a la capacidad por distribución en los dos sentidos (Tabla 2). Fcb = Factor de corrección a la capacidad por efecto combinado de la anchura de carril y berma (Tabla 3). Fp = Factor de corrección a la capacidad por presencia de vehículos pesados en pendientes ascendentes (Tabla 4). Y para tener en cuenta la variación aleatoria del volumen se considera el volumen más cargado de los 5 minutos así: C5 = C60 * FHP Capacidad del sector en vehículos mixtos por hora en ambos sentidos, teniendo en cuenta las variaciones del volumen durante el periodo de cinco minutos de la hora pico. Donde: FHP = Factor de pico horario basado en períodos de 5 minutos suponiendo llegadas de vehículos aleatorias (Tabla 5). Los valores de los distintos factores se presentan en las siguientes tablas. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Tabla 1. Factores de corrección por pendiente, Fpe. Tabla 2. Factores de corrección por distribución de sentidos, Fd. Tabla 3. Factor de corrección por anchura de carril y berma, Fcb. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 7-114 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 7-115 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 7-116 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-117 Tabla 4. Factores de corrección a la capacidad por presencia de vehículos pesados en pendientes ascendentes, Fp. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-118 Tabla 5. Factores de pico horario basados en períodos de cinco minutos suponiendo llegadas de aleatorias, FHP. Este procedimiento se resume en la Hoja de Trabajo Nº1 de la Figura 7-12 en la cual también se halla el procedimiento para determinar el Nivel de Servicio que se explica en el aparte siguiente. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Figura 7-12. Hoja de Trabajo Nº1. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 7-119 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7.9.5 7-120 Cálculo del Nivel de Servicio Como ya se comentó este cálculo es separado del de capacidad pero requiere de este una información por lo que se recomienda hacer primero el de capacidad. En forma similar al cálculo de la capacidad, el Nivel de Servicio de un sector de carretera típico se obtiene partiendo de un valor ideal o casi ideal del parámetro que se usa para medirlo que es la velocidad media de recorrido casi ideal y luego se va afectando consecutivamente por los factores de corrección para reconocer el alejamiento de las condiciones del sector que se estudia con respecto a las condiciones casi ideales. Vi Velocidad media casi ideal de autos a flujo libre en pendiente ascendente y sin interacción vehicular (Tabla 6). V1 = Vi * fu Velocidad de autos a flujo restringido. Donde: fu = Factor de corrección al nivel de servicio por efecto de utilización de la capacidad (Tabla 7). Es aquí donde es importante el resultado del cálculo de la capacidad para determinar la relación entre el volumen horario y la capacidad para los 60 minutos (C60). V2 = V1 * fsr * fcb Velocidad de automóviles a flujo restringido para las condiciones que se estudian y en tangente. Donde: fsr = Factor de corrección al nivel de servicio por el estado de la superficie de rodadura (Tabla 8). fcb = Factor de corrección al nivel de servicio por efecto combinado de ancho de carril y berma (Tabla 9). V3 = V2 * fp1 * fp2 Velocidad del tránsito mixto a flujo restringido para las condiciones estudiadas y en tangente. Donde: fp1 = Factor de corrección al nivel de servicio por la presencia de vehículos pesados en pendientes ascendentes (Tabla 10). fp2 = Factor de corrección al nivel de servicio por la presencia de vehículos pesados (Tabla 11). Además de estudiar en el sector típico la velocidad en tangente (V3) se debe complementar el análisis para la curva más cerrada que se halle en él verificando que la velocidad en ella (Vc) no sea menor en cuyo caso debe obtenerse la Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-121 influencia de esta velocidad en todo el sector; se recurre a la Hoja de Trabajo Nº2 para hacer este cálculo. Entonces, se compara la velocidad en curva y la velocidad en tangente: Vc vs V3 Si Vc < V3 Calcular V con Hoja de Trabajo Nº2. Si Vc > V3 V = V3 Donde: Vc = Velocidad máxima que permite la curva más cerrada del sector (Tabla 12). V = Velocidad media del tránsito mixto, a flujo restringido, en las condiciones estudiadas y en todo el sector típico de análisis. Finalmente, se determina el Nivel de Servicio mediante la clasificación de V en la Tabla 13 en la cual aparecen las distintas categorías de acuerdo a la velocidad media de recorrido. Tabla 6. Velocidad media ideal de automóviles a flujo libre en pendientes ascendentes (Vi). Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-122 Tabla 7. Factores de corrección al nivel de servicio por el efecto de la utilización de la capacidad (fu). Tabla 8. Factores de corrección al nivel de servicio por el estado de la superficie de rodadura (fsr). Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-123 Figura 7-13. Niveles funcionales de la superficie de rodadura. Tabla 9. Factores de corrección al nivel de servicio por efecto combinado de ancho de carril y berma (fcb). Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 7-124 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 7-125 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 7-126 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-127 Tabla 10. Factores de corrección al nivel de servicio por la presencia de vehículos pesados en pendientes ascendentes (fp1). Tabla 11. Factores de corrección por la presencia de vehículos pesados. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7-128 Tabla 12. Velocidad máxima que permite la curva más cerrada del sector (Vc). Tabla 13. Velocidades en km/h que determinan los niveles de servicio por tipo de terreno. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Figura 7-14. Hoja de Trabajo Nº2. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 7-129 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7.9.6 7-130 Ejemplos. RUTA: 90 San Bernardo del Viento – Paraguachón. TRAMO: San Onofre – El Amparo (Cartagena). SECTOR: Cruz del Viso (km 62) – Arjona (km 81). ABSCISA: Km76+100. Características de la vía: Ancho de carril = 3,65 m Anchura de berma = 1,80 m. Tipo de terreno y pendiente promedio = Plano, 0%. Radio de la curva más cerrada = 40 m. Deflexión de la curva = 60º. Estado de la superficie de rodadura = 4,0 mm/m. Características del tránsito: Distribución por sentidos = 50/50. Porcentaje de zonas de no rebase = 20%. Composición vehicular: 60% de autos y 40% de camiones. Volumen horario total en ambos sentidos = 247 vehículo/h. ¿Cuál es la capacidad? ¿Qué nivel de servicio brinda el sector de la vía? Los procedimientos para calcular la capacidad y el nivel de servicio de este tramo de vía se resume en la Hoja de Trabajo Nº 1 y Nº2 de las Figuras 7-15 y 7-16, respectivamente. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Figura 7-15. Hoja de Trabajo Nº 1 del ejemplo. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 7-131 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Figura 7-16. Hoja de Trabajo Nº2 del ejemplo. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 7-132 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 7.10 7-133 BIBLIOGRAFÍA GREENSHIELDS, B.D., SCHAPHIRO, D. y ERICKSEN, E. L. (1947). Traffic Performance at Urban Street Intersecctions. Technical Report Nº 1. YALE BUREAU OF HIGHWAY TRAFFIC. ENO FOUNDATION FOR HIGHWAY TRAFFIC CONTROL. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS- MINISTERIO DE TRANSPORTE. (1996). Manual de Capacidad y Niveles de Servicio para Carreteras de Dos Carriles. Segunda versión. Popayán, Colombia. ix + 75 pp. MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS Y TRANSPORTE. REPÚBLICA DE COLOMBIA. (1990). Nomenclatura Vial. Dirección de Carreteras. Oficina de Programación de Carreteras. Santafé de Bogotá, D.C. il, 41p. RADELAT E., Guido. (1991). Curso sobre capacidad vial. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. TRANSPORTATION RESEARCH BOARD. (1985). Highway Capacity Manual. Special Report 209. Edición de 1985. Washington, D. C.: TRB. VALENCIA A., Víctor G. (2000). Principios sobre semáforos. Versión en CD. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. Medellín. Colombia. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 8. 8-134 SEMÁFOROS El contenido de este capítulo es el correspondiente al libro “Principios sobre semáforos” cuyo autor es el profesor Víctor Gabriel Valencia Alaix de la Universidad Nacional de Colombia publicado en 2002 en formato CD con texto hipermedial y que dada su gran magnitud no se ha incluido en este texto. Bibliografía FUENTE: VALENCIA A., Víctor G. (2002). Principios sobre semáforos. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. CD con texto hipermedial. Medellín. Colombia. 8.1 Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 9-135 9. SEÑALIZACIÓN 9.1 Introducción La circulación de los vehículos y personas en las vías, sean estas urbanas o rurales, debe ser controlada adecuadamente para que además de económica y rápida también sea segura; para atender cada uno de estos propósitos el ingeniero civil recurriendo a la especialidad o preparación en ingeniería de tránsito debe diseñar la infraestructura física que recibe este tránsito. El diseño de la infraestructura contempla la configuración geométrica que se complementa con elementos para que el control del tránsito adquiera las características comentadas a través de la señalización. El organismo que tiene la responsabilidad de controlar este aspecto es el Ministerio de Transporte el cual en 1977 adaptó el Manual Interamericano de Dispositivos de Control del Tránsito en Calles y Carreteras a las modalidades colombianas para su empleo. La última versión del Manual de Dispositivos para el Control del Tránsito en Calles y Carreteras que emitió el denominado antiguamente Ministerio de Obras Públicas y Transporte se publicó en 1992 y es el que rige como norma de aplicación en toda Colombia. Las autoridades municipales de tránsito deben acogerlo y aplicarlo. Según el Ministerio de Obras Públicas y Transporte- MOPT, 1992, se denomina señal de tránsito a “los dispositivos físicos o marcas especiales, que indican la forma correcta como deben circular los usuarios de las calles y carreteras. Los mensajes de las señales de tránsito se dan por medio de símbolos y/o leyendas de fácil y rápida interpretación.” 9.2 Función “Es función de las señales de tránsito indicar al usuario de las vías las precauciones que debe tener en cuenta, las limitaciones que gobiernan el tramo de circulación y las informaciones estrictamente necesarias, dadas las condiciones específicas de la vía” (MOPT, 1992). Para que las señales puedan cumplir efectivamente y eficazmente su función deben satisfacerse varias condiciones: Visibilidad: Las señales deben poderse apreciar claramente, y algunas con suficiente anticipación, para reaccionar ante su mensaje lo cual implica que su visibilidad debe ser completa y permanente (día y noche) teniendo en consideración el tipo de vía y el tránsito que conduce. La visibilidad puede darse dotando las señales con características reflejantes o iluminándolas; la reflectividad se logra cubriendo las señales con materiales adecuados para que reflejen las luces de los vehículos sin que deslumbren al conductor y la iluminación se consigue directamente del interior de la señal o exteriormente con luces para dicho propósito. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 9-136 Pertinencia: La justificación para instalar cada señal debe ser analizada para establecer bien su ubicación y la función que debe cumplir, de lo contrario, puede generar efectos perjudiciales creando conflictos por su mal empleo, interpretación tardía o el irrespeto a su mensaje. Se debe evitar el exceso de instalación de señales porque no permite transmitir el mensaje en su totalidad. Conservación: Las señales deben permanecer en su posición correcta, limpia y legible todo el tiempo, por lo tanto, deben ser remplazadas cuando por el efecto de los agentes climáticos o de contaminación ambiental las deterioren y dejen de cumplir el objetivo para el cual fueron diseñadas. 9.3 Clasificación El reglamento sobre dispositivos para el control del tránsito en calles y carreteras, normaliza el diseño, aplicación y ubicación de las señales de acuerdo con la siguiente clasificación: 1. Señales a. Preventivas b. Reglamentarias c. Informativas 2. Marcas viales y delineadores. 3. Señalización en etapa de construcción y conservación. 4. Alfabeto y señales varias. 9.4 Señales 9.4.1 Preventivas Tienen por objeto advertir al usuario de la vía la existencia de una condición peligrosa y la naturaleza de esta. Estas señales se identifican por el código general SP. La forma de estas señales es generalmente de rombo con uno de sus vértices hacia arriba, con fondo amarillo, el símbolo negro y la orla de color negro. Ver Figura 9-1. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO FIGURA 9-1. Señales preventivas. FIGURA 9-1a. Dimensiones de la señal preventiva SP-01. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 9-137 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 9.4.2 9-138 Reglamentarias Tienen por objeto indicar a los usuarios de la vía las limitaciones, prohibiciones o restricciones sobre su uso. Se identifican con el código general SR. La violación a las indicaciones de una señal reglamentaria acarreará las sanciones previstas en el Código Nacional de Tránsito (Ley 769 de 2002). La forma de estas señales es generalmente circular con fondo blanco, el símbolo negro, la orla de color roja y cuando lleva trazo oblicuo es rojo. Escapan a esta generalidad la SR-01 PARE que tiene forma octogonal y la SR-02 CEDA EL PASO que es triangular. Ver Figura 9-2. FIGURA 9-2. Señales reglamentarias. FIGURA 9-2a. Dimensiones de la señal reglamenta SR-01. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 9-139 El Manual de Dispositivos de Control de Tránsito en Calles y Carreteras contiene los criterios de utilización de estas señales. 9.4.3 Informativas Tienen por objeto guiar al usuario de la vía dándole la información necesaria en cuanto se refiere a la identificación de localidades, destinos, direcciones, sitios de interés especial, intersecciones y cruzamientos, distancias recorridas o por recorrer, prestación de servicios personales o automotores, etc. Se identifican con el código SI. Ver Figura 9-3. FIGURA 9-3. Señales informativas. Las señales informativas se clasifican así: 1. Señales de destino a. Previas: Indican antes de una intersección o cruzamiento y en ella, la dirección correcta por seguir para llegar a una población, sitio de interés, etc. Estas señales por intermedio de mensajes escritos, indican un destino de viaje mediante la dirección de una flecha anterior y posterior al mensaje. Las leyendas no deben indicar más de tres destinos, uno por renglón, en la forma y orden recomendados. El tipo general de señal es la SI-05. b. Confirmativas: Confirman la dirección escogida después de una intersección o cruzamiento e indican el recorrido en kilómetros por efectuar hasta un sitio intermedio o un destino determinado de viaje. Estas señales por intermedio de mensajes escritos, indican la distancia por recorrer a la derecha del mensaje. Se expresan máximo tres localidades, en su orden de distancia comenzando por la más próxima. Dentro de estas se encuentra las señales elevadas aplicables a vías principales, autopistas o vías expresas, donde existe alta incidencia del tránsito; no pueden indicar más de dos destinos, uno por renglón. El tipo general de señal es la SI-06. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 9-140 2. De ruta: identifican la vía que se está recorriendo por intermedio de escudos en los cuales figura el número o nombre de la ruta, como se muestra en las señales SI-01 a SI-03. 3. Postes de kilometraje: Indica el abscisado de la vía a partir de un sitio determinado. Se colocará en cada kilómetro de la vía, alternando los números pares por la derecha con los números impares por la izquierda, en orden ascendente, a partir de un punto Km. 0 que se toma de acuerdo con las normas que se fijen de abscisado. Es la señal SI-04. 4. Información general: Indica la localización de sitios de interés que se encuentran a lo largo de una ruta, o la ubicación de lugares destinados a la prestación de servicios a los usuarios, tanto personales como automotores. Corresponden a las señales con códigos SI-07 a SI-22. FIGURA 9-3a. Dimensiones de la señal informativa general. 9.5 Ubicación de señales Todas las señales se colocarán al lado derecho de la vía teniendo en cuenta el sentido de circulación del tránsito de manera que el plano de la señal forme un ángulo entre 85º y 90º para que su visibilidad sea óptima al usuario. En caso que la visibilidad al lado derecho no sea completa debe colocarse una señal adicional a la izquierda de la vía. Todas las señales se colocarán lateralmente como indica la Figura 9-4. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 9-141 FIGURA 9-4. Ubicación de las señales. 9.5.1 Rural La altura de la señal medida desde su extremo hasta la cota del borde del pavimento no será menor de 1,50m. La distancia de la señal medida desde su extremo interior hasta el borde del pavimento estará comprendida entre 1,80 y 3,60m. 9.5.2 Urbano La altura de la señal medida desde su extremo hasta la cota del borde de la acera no será menor de 2,0m. La distancia de la señal medida desde su extremo interior hasta el borde de la acera no será menor de 0,30m. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 9.5.3 9-142 Elevadas Se colocarán sobre estructuras adecuadas garantizando un gálibo de 4,60 m sobre el punto más alto de la corona de la vía. Los soportes verticales que sostiene la señal se construirán a una distancia mínima de 0,60m del borde exterior de la berma, o de la cara exterior del sardinel en caso de existir este inclusive en el caso de requerir la señal estructuras verticales intermedias en un separador. 9.5.4 A lo largo de la vía Las señales preventivas se colocarán antes del riesgo que tratan de prevenir a las siguientes distancias: 1. En zona urbana de 60 a 80 m. 2. En zona rural de acuerdo con la velocidad de operación del sector así: Velocidad de operación (km/h) Distancia (m) 40 – 60 50 – 90 60 – 80 90 – 120 80 – 100 120 – 150 Más de 100 No menos de 200 Las señales reglamentarias se colocarán en el sitio mismo donde se presenta el riesgo o se deba cumplir con la reglamentación estipulada en la señal, teniendo buen cuidado de estudiar bien su ubicación con el propósito de que el conductor pueda entender claramente el significado y reaccionar favorablemente al mandato. Las señales informativas previas de destino pueden ser dos, una antes de la intersección y la otra en ella cuando se debe tomar la decisión, así: 1. Antes de una intersección se colocará la señal a una distancia d dada por la expresión siguiente: d = V + k h. Donde: d = distancia de anticipación en metros. V = velocidad de operación del sector en km/h. K = Constante que depende del tipo de las letras así: Letras tipo B C D E Valor de K 4 5 6 7 h = Alturas de las letras en centímetros. 2. En el sitio mismo de la intersección o sitio de decisión. En el caso de colocarse solamente una de las dos señales se preferirá la de decisión. Las señales informativas de ruta y de confirmación se colocarán después de una intersección a distancias no menores de 70 m ni mayores de 150m pudiéndose Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 9-143 colocar también a distancias esporádicas hasta 30km entre intersecciones o enlaces con el propósito de mantener informado al conductor sobre su progreso en el viaje. Ver Figura 9-5. FIGURA 9-5. Señales previas y confirmativas de destino. Las señales de información generales se colocarán antes del servio indicado en ellas o frente a él. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 9.6 Marcas viales FIGURA 9-6. Líneas centrales y de borde. FIGURA 9-7. Líneas de carril. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 9-144 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 9-145 FIGURA 9-8. Demarcación de zonas de adelantamiento prohibido. FIGURA 9-9. Demarcación de zonas de transición de anchura del pavimento. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO FIGURA 9-10. Demarcación de aproximación a obstrucciones. FIGURA 9-11. Demarcación de zona de estacionamientos. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 9-146 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO FIGURA 9-12. Demarcación de líneas de PARE y pasos peatonales. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 9-147 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO FIGURA 9-13. Ubicación de los delineadores. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 9-148 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO FIGURA 9-14. Ubicación de los delineadores de curva. FIGURA 9-15. Colocación de los delineadores de curva. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 9-149 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 9.7 Señalización en etapa de construcción y conservación. FIGURA 9-16. Barricadas. FIGURA 9-17. Señales varias. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 9-150 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 9-151 9.8 BIBLIOGRAFÍA MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS Y TRANSPORTE. REPÚBLICA DE COLOMBIA. (1990). Nomenclatura Vial. Dirección de Carreteras. Oficina de Programación de Carreteras. Santafé de Bogotá, D.C. il, 41p. MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS Y TRANSPORTE. REPÚBLICA DE COLOMBIA. (1992). Manual de Dispositivos de Control del Tránsito en Calles y Carreteras. Santafé de Bogotá, D.C. il, ¿?pp. VALENCIA A., Víctor G. (2000). Principios sobre semáforos. Versión en CD. Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín. Medellín. Colombia. http://www.mintransporte.gov.co/Servicios/Biblioteca/documentos/Ma nual_senalizacion/index.htm Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10. 10-152 INTERSECCIONES 10.1 INTRODUCCIÓN Las intersecciones son los elementos de discontinuidad en cualquier red vial y por lo tanto representan situaciones críticas que hay que tratar en forma especial, debido a que el tránsito realiza maniobras conflictivas como convergencia, divergencia y cruce de sus trayectorias que no se presentan, generalmente, en el resto del recorrido. La intersección está caracterizada por su área total, los límites exteriores y la forma en que distribuye y ordena su superficie. 10.2 DATOS DE DISEÑO Cuando se considera un proyecto de una intersección deben tenerse en cuenta los siguientes elementos: datos funcionales, físicos, de tránsito, de accidentes y su relación con otras intersecciones. 10.2.1 Datos funcionales El primer aspecto a considerar es el tipo de las vías que confluyen en la intersección, ya que el tratamiento debe ser adecuado a sus características funcionales como lo son: clasificación dentro de una misma red, tipo de control del tránsito en sus accesos, velocidades específicas y preferencias de paso. 10.2.2 Datos físicos Se requiere del área de influencia de la intersección conocer su topografía (en zonas rurales) y situación de las edificaciones (en zonas urbanas), revisando las restricciones existentes para extender la superficie en zonas urbanas es fundamental considerar la ubicación de las instalaciones de los diferentes servicios en el subsuelo. 10.2.3 Datos de tránsito La adecuación o el diseño de una intersección existente o nueva requieren el análisis de los volúmenes de tránsito en cada movimiento en las horas pico a efectos de determinar las necesidades de capacidad del ramal correspondiente. Es interesante conocer el movimiento de los vehículos pesados y elegir el vehículo de diseño para el cual se proyecta la intersección. 10.2.4 Accidentes La repetición de accidentes en una intersección puede justificar su acondicionamiento, es interesante conocer la forma en que se produjeron los accidentes y los motivos que los determinaron para establecer las causas reales que orienten la corrección que pueda hacerse a la geometría o configuración de la intersección. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-153 10.2.5 Relación con otras intersecciones Es interesante conseguir una cierta uniformidad en el tratamiento de las intersecciones de un recorrido o ruta, especialmente por razones de tipo sicológico, ya que el conductor espera un cierto tipo de intersección y normalmente reacciona mejor si se encuentra lo que espera. En primer lugar, es normal que los criterios seguidos en las intersecciones de carretera en campo abierto, tiendan fundamentalmente a conseguir una mayor seguridad y a mantener una velocidad elevada en la carretera principal. En la ciudad por el contrario, el criterio dominante suele ser la capacidad, ya que es normal que durante muchas horas las intersecciones se saturen. 10.3 INTERSECCIONES SIN CANALIZAR. CONDICIONES MÍNIMAS. La canalización consiste en la delimitación con señales (Demarcación de piso, delineadores, etc.) o elementos físicos (Isletas, separadores, bordillos, etc.) las superficies necesarias y suficientes para la operación adecuada del tránsito. En estas intersecciones, entre las que pueden incluirse todas aquellas en las que los volúmenes horarios de los movimientos de giro no son superiores a 25 veh/h, el principal elemento que hay que considerar en el proyecto s el trazado de sus bordes que deben hacerse de manera forma que la intersección pueda ser utilizada por el vehículo tipo para el que se diseña, a una velocidad de 15 km/h. 10.4 CRITERIOS PARA LA CANALIZACIÓN DE INTERSECCIONES Preferencia a los movimientos principales: Los movimientos más importantes deben tener preferencia sobre los secundarios; esto obliga a limitar los movimientos secundarios con señales adecuadas. Reducción de las áreas de conflicto: Las grandes superficies pavimentadas invitan a los vehículos y peatones a movimientos desordenados, con la consiguiente confusión, que aumenta los accidentes y disminuyen la capacidad de la intersección. Perpendicularidad de las trayectorias cuando se cortan: Las intersecciones en ángulo recto son las que proporcionan las áreas de conflicto mínimas. Paralelismo de las trayectorias cuando convergen o divergen: El tránsito que se incorpora o sale de una vía debe hacerlo con ángulos de incidencia pequeños, del orden de 10º a 15º, para aumentar, la fluidez de la circulación. Separación de los puntos de conflicto: Mediante una canalización adecuada deben separarse los puntos de conflicto en una intersección, con lo que los conductores no necesitan atender simultáneamente a varios flujos. Separación de los movimientos Control de la velocidad: Disponiendo curvas de radio adecuado o abocinando las calzadas. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-154 Control de los puntos de giro: la canalización permite evitar giros en puntos no convenientes empleando isletas que los hagan prácticamente imposibles o muy difíciles. Creación de zonas protegidas: Las isletas proporcionan a los vehículos espacios en las calzadas para esperar, adecuadamente resguardados, una oportunidad de paso. Visibilidad: La velocidad de los vehículos que entran a la intersección debe limitarse en función de la visibilidad disponible o requerida, incluso llegando a considerar la detención. Previsión: En general la canalización exige superficies amplias en las intersecciones, esta circunstancia debe tenerse en cuenta al autorizar construcciones o instalaciones definitivas en las márgenes de las vías que confluyen en la intersección. Sencillez y claridad: Las intersecciones complicadas, que se prestan a que los conductores duden, no son convenientes. 10.5 SOLUCIONES TÍPICAS DE INTERSECCIONES. 10.5.1 Intersecciones de tres vías. Intersecciones en T. Empalme de una carretera secundaria con una principal: La canalización más simple, ver Figura 10-1, que en general será suficiente, consiste en una isleta de separación de sentidos en el eje de la carretera secundaria, que además contribuye a que las trayectorias se corten en ángulos aproximadamente rectos. Facilita también el paso de los peatones y mejora las condiciones de visibilidad. Si el tránsito que gira es importante, conviene además vías especiales para el giro a derecha, separado por isletas triangulares, cuyo lado debe ser como mínimo de 4 m, ver Figura 10-2. FIGURA 10-1. Intersección en T con isleta de separación en la carretera secundaria. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-155 FIGURA 10-2. Intersección en T con vías especiales para los movimientos de giro a derecha. Empalme de dos carreteras de importancia similar: Generalmente una solución adecuada es disponer isletas de separación del tránsito en los tres ramales, lográndose que las trayectorias se corten en ángulos rectos, aunque tiene el inconveniente de concentrar en uno solo los posibles puntos de conflicto. Ver Figuras 10-3, 4 y 5. Figura 10-3. Carretera principal con dos carriles (TPD cerca de la saturación) Figura 10-4. Intersección en T con carretera principal de cuatro carriles con separador. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-156 Figura 10-5. Intersección en T con carretera principal de cuatro carriles con separador superior a 12 m de anchura. Intersecciones en Y. Empalme de una carretera secundaria con una principal: En este tipo de intersecciones se debe conservar especialmente el “principio de perpendicularidad” de las trayectorias que se cortan. Si la principal está en curva la secundaria no debería conectar tangencialmente para evitar confusión. Ver Figuras 10-6 y 10-7. Figura 10-6. Intersección en Y. Figura 10-7. Intersección en Y convertida a T. Empalme de dos carreteras de importancia similar: En las Figuras 10-8 y 10-9 se ilustran dos alternativas con el inconveniente principal de usar superficies Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-157 grandes, en la primera los movimientos se entrelazan con amplitud análoga y en la segunda uno de los dos giros a la izquierda se elimina solucionándose en forma análoga a los enlaces tipo trompeta. Figura 10-8 Intersección en Y con giros resueltos igualmente. Figura 10-9 Intersección en Y con un giro a izquierda tipo trompeta. 10.5.2 Intersecciones de cuatro vías. Intersecciones en cruz. Cruce de una principal y una secundaria con poco tránsito en ambas: Se usa una separación de sentidos con una canalización simple de dos isletas como en la figura 10-10. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-158 Figura 10-10. Intersección en cruz de una principal y una secundaria con volúmenes bajos. Cruce de una principal y una secundaria con tránsito apreciable en ambas: Se usan carriles de deceleración para los vehículos que giran a la izquierda desde la carretera principal como en la figura 10-11. Figura 10-11. Intersección en cruz de una principal y una secundaria con volúmenes apreciables. Cruce de dos carreteras con volumen considerable en ambas: Se favorece el tránsito que va de frente pero es posible realizar los giros consecuentemente con la menor importancia de estos flujos. Se facilita en este tipo de intersecciones el control del tránsito mediante semáforos ya que se reduce el número de fases de tres a dos. Ver figura 10-12. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-159 Figura 10-12. Intersección en cruz de dos carreteras con volumen considerable en ambas. Cruce de carreteras con dos carriles por sentido y separadores mayores que 12m: En estos casos pueden llegarse a soluciones cono el de la figura 10-13 con separación de puntos de conflicto y aumento de la capacidad de la intersección pero deben preverse carriles de almacenamiento suficientes para la espera de los vehículos que giran a izquierda. Figura 10-13. Cruce de carreteras con dos carriles por sentido y separadores mayores que 12m. Intersecciones en equis (X). En el caso del cruce de vías en equis (X) y conservando el principio de perpendicularidad de las trayectorias, es conveniente modificar el trazado de la carretera de menor importancia para convertir el cruce a una intersección en Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-160 cruz o en dos T. Las alternativas de la figura 10-14 son favorables mientras que las de la figura 10-15 no lo son tanto, sobre todo la primera la cual no se recomienda porque generan cruces a izquierda desde la carretera principal al crear conflictos con operación deficiente mientras que en la segunda los giros a izquierda crean problemas operacionales sobre las vías secundarias más compatibles con su jerarquía. Figura 10-14. Conversión de una intersección en equis en cruz o en dos T. Figura 10-15. Conversión de una intersección en equis en cruz o en dos T (No recomendables). 10.5.3 Intersecciones de más de cuatro vías Estas son difíciles de tratar y en general la solución es suprimir una de las vías, empalmándola fuera de la intersección. A veces esto no es posible y se requieren soluciones complicadas o tipo glorieta. 10.5.4 Glorietas Ofrece ciertas ventajas, la circulación es continua si no se rebasa la capacidad y pueden admitirse todos los giros; pero presenta desventajas como la poca capacidad para el área que ocupa, recorridos largos, mezclamientos incómodos y dificultad para el tránsito de peatones. En ciertas condiciones la glorieta es la solución adecuada o por lo menos no hacerla rechazable, por ejemplo: Intersecciones con cinco o más ramales y con intensidades de tránsito aproximadamente iguales en todos los accesos. Giros importante que superan a los movimientos que van de frente. Áreas extensas y horizontales. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-161 Poco movimiento de peatones. Distancias entre cada dos accesos consecutivos suficientemente grandes para permitir los movimientos de mezclamiento. La capacidad de una glorieta está limitada por la del tramo de mezclamiento critico; al superarse se recurre al uso de semáforos para mejorarla lo cual cambia el régimen del tránsito y deja de funcionar de manera continua. El primer paso para diseñar una glorieta es elegir su velocidad específica que conviene no sea muy distinta de la de los accesos, lo más pequeña posible para no ocupar una superficie excesiva y obligar a los vehículos a hacer recorridos largos. Para velocidades en los accesos de más de 80 km/h no es recomendable la glorieta ya que se llega a radios muy grandes o cambios bruscos de velocidad; si se escoge una glorieta es preferible reducir la velocidad en los accesos mediante el uso de señales, isletas u otros medios para reducir la velocidad. El trazado de la isleta central depende de la velocidad específica, número y situación de los accesos y las distancias necesarias para los tramos de mezclamiento. Puede ser totalmente circular, resultando en el área y radio mínimos, con lo cual todos los segmentos de la glorieta pueden trazarse par ala misma velocidad especifica, sin embargo, esta forma solo es apropiada cuando los acceso son equidistantes en el perímetro de la glorieta y presentan intensidades de tránsito similares. En caso de condiciones distintas, el trazado debe acoplarse a las necesidades y a veces resultan en formas alargadas u óvalos. El buen funcionamiento de una glorieta depende en gran medida del trazado de sus accesos, los vehículos a la salida pueden evacuarla con eficacia si la velocidad es igual a la velocidad específica de la glorieta y a la entrada puede reducírsele su velocidad para que no se mayor que la de la glorieta rectificando su trazado. 10.5.5 Intersecciones a desnivel Un enlace a desnivel se justifica generalmente por una de las siguientes razones: Aumentar la capacidad o el nivel de servicio o mejorar la seguridad. Mantener la jerarquía de una vía. Las posibilidades de solución son innumerables y en algunos casos su diseño es complicado exigiendo del proyectista gran experiencia en tránsito ya que los detalles son importantes y un error en un elemento secundario puede anular todo o parte del beneficio que pretende el enlace. Uno de los aspectos más importantes que es necesario considerar en el proyecto de un enlace es analizar cuidadosamente los cruces que se eliminan y cuales se mantienen a nivel, por otro lado, es conveniente cuidar la homogeneidad de los de las soluciones a lo largo de una vía de manera que sean fácilmente interpretables por el usuario. Debido a que este tipo de intersecciones supone inversiones importantes y algunos inconvenientes de orden estético, expropiación de suelo o inmuebles, la Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-162 construcción de una intersección a desnivel y de cada uno de los enlaces que lo integran debe estar justificada por alguno de los siguientes criterios: Funcional: Cuando una vía que está involucrada en la intersección es de tal categoría que requiere control total de sus accesos, no debe tener intersecciones a nivel. Capacidad: Cuando la intersección a nivel es crítica (muchos giros importantes o más de cuatro accesos o semáforos con tres o más fases) y tiene problemas de capacidad, una de las posibles soluciones es un enlace a desnivel. Seguridad: Aunque, a veces, no es una solución suficiente para justificar un enlace es posible con este evitar algunos tipos de accidentes que son imposibles de que se presenten y son de los más graves como los choques frontales y los de costado. Económico: Desde este punto de vista la obra se justificaría cuando los indicadores económicos revelen tal conveniencia, es decir, cuando los beneficios que genera la intersección a desnivel en términos de ahorro del tiempo de viaje, de costos operacionales de los vehículos, de costos de mantenimiento y conservación de la infraestructura, de los costos de accidentes y de contaminación ambiental entre otros superen en una cantidad satisfactoria los costos que demanda realizar la obra. Este análisis debe complementarse con evaluaciones de rentabilidad indirecta, es decir, que también sea conveniente económicamente invertir en esta obra comparada con otras posibles inversiones que necesite la comunidad no solo relacionadas con el transporte sino con las necesidades básicas como educación, vivienda, salud, etc. En una ciudad raras veces se justifica un enlace si no ha de ser utilizado por un tránsito importante, del orden de 30000 vehículos/día como mínimo y en ciudades con gran demanda de inversiones en infraestructura del orden de 50.000 vehículos/día. A pesar que el número de configuraciones de intersecciones a desnivel es muy variada es posible clasificar estructuralmente los enlaces que contiene en función del número de ramales: 10.5.5.1 De tres ramales Para comprender el tipo de conexión que se realiza con los enlaces se define: Lazos: Son conexiones con movimiento siempre hacia la derecha ua vez pasado el cruce (L). Semidirectos: Salen a la derecha de la calzada principal antes del cruce a desnivel (SD). Directo: Salen a la izquierda de la calzada principal (D). A nivel: conservan el cruce al mismo nivel. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-163 Como ejemplo de este tipo de intersecciones y enlaces se `presenta en la figura 10-16 diferentes configuraciones entre el cruce de una vía principal y una secundaria. Figura 10-16. Intersecciones a desnivel entre una vía principal y una secundaria. En la figura 10-17 se tienen configuraciones distintas de intersecciones a desnivel entre dos vías de características similares y en la Figura 10-18 se ilustra las intersecciones a nivel en la vía secundaria. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Figura 10-17. Intersecciones a desnivel entre dos vías similares. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 10-164 10-165 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Figura 10-18. Intersecciones a desnivel en la que la vía secundaria tiene los cruces a nivel. 10.5.5.2 De cuatro ramales 10.5.5.2.1Con detención movimientos en algunos En la figura 10-19 y 10-20 se presentan ejemplos de intersecciones tipo diamante. Figura 10-19. Intersección a desnivel tipo diamante elemental. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-166 Figura 10-20. Intersección a desnivel tipo diamante con estructuras adicionales. En la figura 10-21 se dan ejemplos de enlaces tipo trébol parcial. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-167 Figura 10-21. Intersección a desnivel tipo trébol parcial. 10.5.5.2.2Enlaces libres E esta categoría se hallan los tréboles como los de la figura 10-22, los enlaces semidireccionales y direccionales, y los enlaces de más de cuatro ramales. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 10-168 Figura 10-22. Intersecciones a desnivel tipo trébol. 10.6 BIBLIOGRAFÍA. VALDES G-R., Antonio. (1982?). Ingeniería de Tráfico. Tercera edición: Editorial Dossat, S. A. Madrid, España. 880pp. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 11-169 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 11. ESTACIONAMIENTOS 11.1 Definiciones Detención: Parada de corta duración. El movimiento de traslación del vehículo se suspende pero el motor sigue en marcha y el conductor en su sitio. Espera: Se suspende el movimiento de traslación del vehículo, se apaga el motor pero el conductor sigue en su sitio. (Paradero de buses). Estacionamiento: El vehículo está detenido, el conductor lo abandona, el motor esta apagado y no hay traslación. Circulación vertical: Es el desplazamiento vertical del vehículo por su propio medio o mediante elevadores. Estacionamiento en la vía: Es el estacionamiento de vehículos en la superficie de la vía destinada o no para este propósito. Estacionamiento fuera de la vía: Es el estacionamiento de vehículos en áreas destinadas para este propósito en lotes o edificios. Edificio de estacionamiento: Es la infraestructura diseñada, administrada y operada para permitir el estacionamiento de vehículos en varios niveles. Lote de estacionamiento: Es la superficie, generalmente de un solo nivel, diseñada, administrada y operada para permitir el estacionamiento de vehículos. Rotación: Número de veces en la unidad de tiempo (hora o día) que se utiliza un espacio de estacionamiento. Parámetros del estacionamiento: Son los elementos técnicos que caracterizan la operación de un servicio de estacionamiento (ciclo, duración, tarifa, acumulación, etc.). 11.2 Componentes físicos en un sistema de transporte Un sistema de transporte está compuesto por el vehículo, la vía y la terminal (Espacio reservado para el estacionamiento del vehículo en un extremo del viaje y que indica su inicio o final). Todo plan vial y de transporte debe considerar reservar el espacio para el estacionamiento de vehículos privados pues aproximadamente 21 de las 24 horas del día éste permanece detenido, en el transporte privado el tiempo detenido es mucho menor. Si no se atiende esta necesidad, entonces, las consecuencias serán: generación de congestión en las vías subutilizadas y por consecuencia aumento de las demoras en los viajes de las personas, aumento de los costos asociados, incremento de los riesgos de accidentes, etc. 11.3 Características del estacionamiento según el propósito del viaje. PROPÓSITO DURACIÓN Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix TARIFA GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO Trabajo Negocios Estudio Compras Diversiones Muy larga Corta Larga Intermedia Largas 11-170 Módica Alta Muy baja o gratuito Gratuita Alta Cuando la oferta es menor que la demanda de estacionamientos se deben implementar medidas para el uso racional de la oferta que implican la reglamentación en la utilización de estacionamientos, por ejemplo, mediante la aplicación de tarifas de estacionamiento. 11.4 11.4.1 Tipos de estacionamiento En la vía pública. Los primeros estacionamientos se realizaron en las calles lo cual desvirtuó su propósito principal que es el de permitir la circulación de los vehículos ocasionando la disminución de su capacidad. Se recomienda el estacionamiento en cordón frente al de batería principalmente por la menor dificultad para que los vehículos realicen las maniobras de estacionamiento qye generan en consecuencia una divergencia del tránsito y luego una convergencia a él que le ocasiona interrupciones u por lo tanto reducción de velocidad y de capacidad. Entre los tipos de estacionamiento de esta clase se encuentran: Estacionamiento libre: En él no existe restricción para dejar un vehículo adyacente a la acera, no es equitativo ya que no hay iguales oportunidades de ser usado por los conductores que circulan por la vía. Estacionamiento controlado: En él se restringe el tiempo de utilización mediante el uso de parquímetros o tarjetas de tarifas. Aumenta la rotación del estacionamiento haciendo más equitativo el uso del espacio público. 11.4.2 Fuera de la vía. Requiere un área dividida en espacios de acuerdo a la necesidad de estacionamiento definida por el tipo de vehículo, la demanda de estacionamiento, el nivel de servicio, etc. Se construyen en lotes o baldíos. El área total por cada vehículo varía según el ángulo de estacionamiento y considera el espacio propio de estacionamiento, áreas suplementarias y una superficie tributaria en el pasillo Obedece a la gran demanda de estacionamientos y a la poca oferta. El servicio de estacionamiento se presta en forma pública o privada, algunos ofrecen además la ubicación del vehículo dentro del estacionamiento a través de acomodadores o autoservicio. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 11-171 Se ubican en sitios de gran generación de viajes como en el centro de la ciudad, centros comerciales, plazas, aeropuertos, estadios, etc. Los edificios de estacionamientos se presentan en el centro de la ciudad. Si se desea distribuir el espacio de un lote para estacionamientos se debe considerar su distribución de manera que se favorezca el uso máximo del espacio o de lo contrario se estaría beneficiando la calidad de la circulación en el estacionamiento haciéndola más cómoda. A continuación se dan algunas definiciones y el cálculo de la necesidad de espacio por cada cajón según el ángulo que forma la celda con respecto al pasillo. Angulo de estacionamiento (ß): Es el ángulo entre el eje longitudinal del vehículo y el eje del pasillo. Cajón: Espacio reservado para estacionar el vehículo. Estacionamiento en batería: Es el estacionamiento de vehículos, uno al lado del otro y formando un ángulo con la vía de circulación o el pasillo de acceso al cajón. Pasillo: Vía de circulación del vehículo en un lote de estacionamiento. Estacionamiento en cordón: Es el estacionamiento de vehículos formando una hilera o cola. Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix 11-172 GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO ß 30 45 60 75 90 11.5 M f(ß) 3.20 3.50 5.00 5.50 6.00 a*b 12 12 12 12 12 Área de triángulos 10 5.8 3.3 1.5 0 Área del cuadrado 7.7 5.9 6.9 6.8 7.2 Área total 29.7 20.7 22.2 20.3 19.2 Oferta y demanda de estacionamiento Oferta: Es la cantidad de espacios disponibles en la vía y fuera de ella para el estacionamiento. Se determina mediante un inventario. Demanda: Número de espacios necesarios para el estacionamiento, caracterizado con información sobre dónde se estaciona la gente, duración, la variación a través del tiempo, dentro y fuera de la vía. Se puede obtener en forma global mediante el registro de los vehículos estacionados en una zona, la cantidad y la hora que entran y salen. Se complementa con el aforo en cordón para totalizar los vehículos que entran y salen a la zona de estudio y así poder determinar la acumulación vehicular dentro de la zona. Índice de rotación: Ir = # de vehículos que estacionan (Demanda satisfecha)/ # de espacios disponible para estacionarse (oferta) Ir = vi + ve / c = veh/hora-cajón Donde: vi = vehículos estacionados al inicio del estudio ve = vehículos que entran menos los que salen. c = capacidad del estacionamiento. Duración: De = 1/Ir = Horas /cajón-vehículo Utilización: Uc = (oferta - cajones vacíos) / oferta “Ocupación” Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 12-173 12. ACCIDENTALIDAD Es una de las consecuencias graves del tránsito y es de importancia prioritaria resolverlo pues involucra la vida del ser humano. Estudio de accidentalidad El propósito es determinar en el área de estudio los sitios críticos de accidentalidad (puntos negros) con base en indicadores de la accidentalidad. Establecer en cada sitio crítico las causas aparentes y las reales. Caracterizar la falla operacional que influye en la accidentalidad. Cuantificar la magnitud del problema. 12.1 12.1.1 Causas aparentes y reales El registro del accidente que realiza el agente de tránsito en el lugar donde ocurrió lo hace utilizando una planilla de accidentes que considera la tipificación de las causas de los accidentes resultando de esto la causa aparente. La auscultación técnica del accidente deriva en la especificación de la causa real del mismo. Se utilizan el diagrama de colisión-condición y su análisis técnico y estadístico. 12.1.2 Falla de la operación del tránsito. Depende de la carretera, del vehículo y del usuario. 12.1.3 Magnitud del problema Indicadores respecto a la población: Índice de accidentalidad = # de accidentes / 100.000 hab. Índice de morbilidad = # heridos / 100.000 hab Índice de mortalidad = # muertos / 100.000 hab Otros indicadores respecto a la población: Índice de accidentalidad = IA/P = # de accidentes al año * 100.000 /# hab. Índice de morbilidad = Imorb/P = # de heridos al año * 100.000 /# hab Índice de mortalidad = Imort/P = # de muertos al año * 100.000 /# hab Indicadores respecto al parque vehicular: IA/V = # de accidentes al año * 10.000 /# vehículos registrados. Imorb/V = # de heridos al año * 10.000 /# vehículos registrados. Imort/V = # de muertos al año * 10.000 /# vehículos registrados. Otros indicadores: Índice de accidentalidad respecto al kilometraje de viaje IA/K = # accidentes al año * 106 /(# veh.km/año) Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix GUIA DE INGENIERIA DE TRÁNSITO 12-174 Índice de accidentalidad respecto al número de vehículos que entran a la intersección. IA/VEI = # accidentes al año * 106 /(# veh/año) Índice de Severidad: NADE * 106 IS TPD * 365 NADE NAD NAH f1 NAM f 2 Donde: NADE = Número de accidentes con daños materiales, heridos equivalentes en daños materiales. y muertos NAD = Número de accidentes con daños materiales. NAH = Número de accidentes con heridos. NAM = Número de accidentes con muertos. f1 = Costo del accidente con heridos/ Costo del accidente con solo daños materiales = 1,5 f2 = Costo del accidente con muertos/ Costo del accidente con solo daños materiales = 9 Bibliografía FUENTE: FASECOLDA (1990). Identificación y solución de sitios críticos de accidentalidad. Vías Urbanas. Unión de Aseguradores Colombianos. Santafé de Bogotá, D. C. Mayo. 12.2 Preparado por: Víctor Gabriel Valencia Alaix
