Intersecciones viales

“El desarrollo económico del Perú presenta dificultades cuando hablamos del impulso del parque automotor, debido a que este ya supera la construcción de infraestructura vial” Estudio Arellano (2013): • 32% piensa que principal problema del transporte es el exceso de vehículos. • 20 % piensa que el transporte no mejora debido a que existen intereses de grupos económicos y empresariales. • 19 % piensa que la infraestructura vial no es acorde con la realidad del transporte. • 17 % de personas señalan que existe un inadecuado planeamiento vial . • 16 % considera que hay una deficiente educación vial.

“… mientras usted espera sentado a que su bus avance en los interminables congestionamientos producidos en las calles arequipeñas, la economía se detiene y se genera pérdidas irreparables “

Cámara de Comercio e Industria de Arequipa: “… se estiman pérdidas mensuales de S/. 39 millones “. ¿Costo de oportunidad? “Las consecuencias del caos vehicular no solo le arrebata a los arequipeños la oportunidad de generar más dinero, también los sume en una realidad insoportable “.

Parque Automotor 140,000 115,876

120,000

103,969

Unidades

100,000 80,000

91,678 72,303 72,587 72,456 73,408 75,379

79,324

83,865

60,000 40,000

20,000 0 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Año

Número de unidades (2012) 115,876 unidades para transporte de pasajeros. 18,657 unidades para transporte de carga. Tasas de crecimiento anual (2003-2012) 5.38% unidades para transporte de pasajeros. 13.73% unidades para transporte de carga.

¿Qué hacer?

Elementos del diseño geométrico de intersecciones viales

MBA, Ing. Juan Carlos Barreda Rosado [email protected]

Intersecciones viales Definición: Área compartida por dos o más vías, cuya función principal es posibilitar el cambio de dirección en la trayectoria de los vehículos, de manera que los movimientos se lleven a cabo con comodidad y seguridad.

Intersecciones viales Trayectorias de los vehículos: • Movimiento de paso, con una trayectoria más o menos recta y que cruza a otras. • Un giro a la derecha, normalmente sin problemas. • Un giro a la izquierda, cuya trayectoria cruza a la de paso correspondiente al sentido opuesto.

Intersecciones viales Puntos de conflicto: • Convergencia: dos trayectorias se unen en una común. • Divergencia: dos trayectorias se separan de una común. • Cruce: dos trayectorias ocupan el mismo lugar en instantes diferentes. Dependen de: • Número de accesos. • Movimientos de giro permitidos. • Tipo de control de tránsito.

Intersecciones viales Soluciones típicas a puntos de conflicto: Conflictos de convergencia y divergencia: • Ángulos reducidos entre trayectorias 30 m.  La intersección debe satisfacer la distancia de visibilidad de cruce (Dc).

Intersecciones a nivel – Canalizadas Intersección en “T” o “Y”

Intersecciones a nivel – Canalizadas Intersección en “T” o “Y” con separador y carril de giro izquierda

Intersecciones a nivel – Canalizadas Intersección en cruz o “X”

Intersecciones a nivel – Canalizadas Intersección en cruz o “X” con separador y carril de giro izquierda

Intersecciones a nivel – Canalizadas Criterios de diseño  El ángulo de entrada (α) debe estar comprendido entre 60° 90°.  El radio mínimo de las curvas R1, R2, R3 y R4 debe corresponder al Rmín de giro del vehículo de diseño.  La pendiente longitudinal de las calzadas que confluyan debe ser, en lo posible < 4.0 % para facilitar el arranque de los vehículos que acceden a la calzada principal.  Salvo que la intersección se encuentre en terreno plano, se debe diseñar en la calzada secundaria una curva vertical cuyo PTV coincida con el borde de la calzada principal y de longitud > 30 m.  La intersección debe satisfacer la distancia de visibilidad de cruce (Dc).

Intersecciones a nivel – Canalizadas Criterios de diseño  Carriles de cambio de velocidad. Carriles de aceleración y deceleración.  Islas canalizadoras (splitter islands).  Ramales de entrada o salida.  Carriles de giro izquierda.  Separador central, medianas y bandejones.  Barreras viales (New Jersey).

Intersecciones a desnivel Intersección tipo “trompeta” en carreteras no divididas

Intersecciones a desnivel Intersección tipo “trompeta” en carreteras divididas

Intersecciones a desnivel Intersección tipo “trébol” en carreteras no divididas

Intersecciones a desnivel Intersección tipo “trébol” en carreteras divididas

Intersecciones a desnivel Resultados del Estudio de Tráfico • Diagrama de flujos vehiculares incluyendo su intensidad, composición vehicular y automóviles directos equivalentes. • Factor Horario de Máxima Demanda (FHMD). • Proyecciones al año meta. • Análisis de capacidad vial. • Predimensionamiento de cada alternativa propuesta.

Intersecciones a desnivel Criterios de diseño • Carriles de cambio de velocidad • Segmento central del ramal de enlace • Sección de entrecruzamiento

Carriles de aceleración

Si se trata de una intersección canalizada a nivel se denomina “Ramal de entrada a la calzada principal”, y si se trata de una intersección a desnivel se denomina “Ramal de enlace”. El ancho de un carril de aceleración debe corresponder al del carril adyacente, pero no menor de 3.30m.

Carriles de aceleración Longitud mínima de carriles de aceleración

Carriles de deceleración

El ancho de un carril de deceleración debe corresponder al del carril adyacente, pero no menor de 3.30m.

Carriles de deceleración Longitud mínima de carriles de deceleración

Islas canalizadoras (Splitter islands) Isla canalizadora sin berma

Islas canalizadoras (Splitter islands) Isla canalizadora con berma

Islas canalizadoras (Splitter islands) • Islas direccionales Deben ser lo suficientemente grandes para llamar la atención de los conductores. Deben tener una superficie mínima de 4.5 m2, preferiblemente 7.0 m2. Los triángulos deben tener un lado mínimo de 2.40 m y preferiblemente de 3.60 m.

Islas canalizadoras (Splitter islands) • Islas separadoras Deben tener una longitud mínima de 30 m y preferiblemente de 100 m o más, sobre todo cuando sirven a su vez para la introducción de un carril de giro. Si no pudieran tener la longitud recomendada deben ir precedidas de un pavimento rugoso notorio, resaltos sobre la calzada o, al menos, de marcas bien conservadas sobre el pavimento.

Ramales de salida o entrada

Peralte entre 2% y 4% de acuerdo con el bombeo de las calzadas enlazadas.

Carriles de giro izquierda

Separador central, medianas y bandejones

Transición de bombeos y peraltes

Transición de bombeos y peraltes

Separador central, medianas y bandejones

Separador central, medianas y bandejones

Barreras viales (New Jersey)

Triángulo de visibilidad • Es la zona libre de obstáculos, que permite a los conductores que acceden simultáneamente a una intersección a nivel, verse mutuamente a una distancia tal, que permita la maniobra de cruce con seguridad. • Cualquier objeto que quede dentro del triángulo de visibilidad requerida, debe removerse o reducirse a una altura límite, la cual debe establecerse durante el diseño para cada caso. • Si el triángulo de visibilidad es imposible de obtener, se debe limitar la velocidad de aproximación a valores compatibles con la visibilidad existente.

Visibilidad de cruce

Coordinación del trazo en planta y perfil • Los puntos de tangencia de toda curva vertical, en coincidencia con una curva horizontal, estarán situados dentro de la clotoide en planta y lo más próximos al punto de radio infinito. • En general los PIs en planta y perfil deben aproximadamente coincidir y ser iguales en cantidad a lo largo de un tramo. • Debe cumplirse la siguiente relación: 5A 

L  10 A R

Donde: L: Longitud de curva vertical (m) A: Diferencia algebraica de pendientes R: Radio de curva circular en planta (m)

Coordinación del trazo en planta y perfil • Para tramos con velocidades de diseño V < 60 Km/h, se debe cumplir la condición:  AR   L  100   p  

Donde: L: Longitud de curva vertical (m). A: Diferencia algebraica de pendientes. R: Radio de curva circular en planta (m). p: peralte de curva circular.

Coordinación del trazo en planta y perfil

Coordinación del trazo en planta y perfil

Rotondas • Es una intersección caracterizada por la confluencia de ramales en un anillo de circulación rotatoria en sentido anti-horario alrededor de una isla central, con prioridad de paso del tráfico de circulación.

Movimientos en Rotondas

Son recomendables: • En intersecciones de 5 o más ramales, con intensidades de tráfico aproximadamente iguales. • En intersecciones con predominio de movimientos de giro. • Donde confluyen vías de diferente jerarquía. • Por su elevada capacidad (reserva para demanda futura). • Como transición entre zonas urbanas y rurales. • En cambios bruscos del alineamiento. • En áreas extensas y horizontales.

No son recomendables: • En zonas urbanas o semi-urbanas reguladas mediante semáforos. • En vías principales de alta velocidad. • En caso de predominio de uno de los tráficos de acceso sobre el resto. • En áreas con fuertes pendientes, superiores al 3%. • Si en hora punta se prevé la formación de colas excesivas en alguna de las entradas a la intersección.

Ventajas: • • • • • • • •

Posibilidad de intersección de múltiples ramales. Sencillez y uniformidad de funcionamiento. Mayor capacidad. Tiempos de espera menores. Menor accidentalidad. Menores costos de mantenimiento. Mejor integración ambiental. A igual capacidad ofrece mayor fluidez y seguridad. • Repetida a lo largo de un tramo, es un elemento moderador de la velocidad. • Conecta vías de distinto régimen y categoría. • Lamina el tráfico entrante a una población.

Desventajas: • Ocasionan la pérdida de prioridad de todos los tramos que acceden a ella. • Uniformiza los criterios funcionales de las vías, desvirtuando su jerarquía. • Impone demoras a todos los usuarios. • Plantea problemas de desplazamiento a los peatones. • Dificulta la gestión del transporte público. • Se adecúa muy poco al tráfico de ciclistas. • Sensible a las condiciones de circulación. • Modelos de simulación poseen limitaciones para su análisis.

Elementos geométricos de una rotonda

Parámetros de diseño

Vehículos de diseño

Visibilidad

Deflexión de trayectoria

Simulaciones de flujo en Rotondas

Rotondas en una Red Nodal Vial

Conceptos complementarios al Diseño Geométrico • • • • •

Flujo de tráfico. Relaciones flujo, velocidad y densidad. Capacidad vial. Niveles de servicio. Trade offs.

Modelos básicos de flujo vehicular Ecuación fundamental:

q V k

Variables principales: flujo (q), velocidad (V) y densidad (k). Combinaciones: (V,k), (q,k) y (V,q). Se considera k como la variable dependiente.

Variables relacionadas con el Flujo Tasa de flujo (q) y volumen (Q): La tasa de flujo, q, es la frecuencia a la cual pasan los vehículos por un determinado punto o sección transversal de un carril o calzada. Es el número N de vehículos que pasan durante un intervalo de tiempo específico T < 1 h. Se expresa en veh/hora. El volumen horario, Q, es el número de vehículos que efectivamente pasa durante una hora completa.

N q T

Variables relacionadas con el Flujo Hora inicio 08:00 08:15 08:30 08:45

Hora fin 08:15 08:30 08:45 09:00

Volum en horario Q (veh/h) = Q com o q (veh/h) = periodo de 15 m inutos

Flujo (veh) 315 567 433 284

Tasas de flujo qi (veh/h) 1,260 2,268 1,732 1,136

1,599 400

Flujo Flujo (veh/15 min)

600 500 400 300 200 100 0 08:15 08:00

08:30 08:45 08:15 08:30 Intervalo de tiempo (15 min)

09:00 08:45

Variables relacionadas con el Flujo Intervalos 30

Intervalo (s)

25 20 15 10 5 0 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 # Vehículo

Número total de vehículos Intervalo de tiempo Tasa de flujo Intervalo promedio

N= T= q= hm =

60 5 720 5.07

veh min veh/h s/veh

Variables relacionadas con el Flujo Factor de hora pico (FHP): El factor de hora pico es la relación entre el volumen horario de máxima demanda (VHMD) y el flujo máximo (qmáx), que se presenta en un periodo dado dentro de dicha hora. En vías multicarriles, los valores típicos del factor de hora pico, FHP varían entre 0.80 y 0.95. Si este valor es igual a 1 significa uniformidad, en cambio valores muy pequeños indicarán concentraciones de flujos máximos. VHMD FHP  qmáx  N

Variables relacionadas con la Velocidad Velocidad instantánea(Vi): Es la velocidad de un vehículo a su paso por un determinado punto de una carretera o calle. Velocidad media temporal (Vmt): Es el promedio de velocidades instantáneas de todos los vehículos que pasan por un punto específico durante un intervalo de tiempo seleccionado. n

Vmt 

V i 1

n

i

m

Vmt 

f i 1

i

 Vi

m

n   fi

n

Para ‘m’ grupos de velocidad de ‘fi’ vehículos c/u.

i 1

Variables relacionadas con la Velocidad Velocidad media espacial (Vme): Es el promedio de velocidades instantáneas de todos los vehículos que en un instante dado pasan por un tramo de carretera o calle. Indicador más apropiado para análisis de flujo vehicular. Vme

d  tm

n

tm 

t i 1

i

Vme 

n

n n  ti     i 1  d 

Tiempo empleado por el vehículo i en recorrer la distancia d: n d ti  Vi

Vme 

1   i 1  Vi n

  

Variables relacionadas con la Densidad • Intervalo entre vehículos “headway” h (seg) Tiempo que transcurre entre la llegada del vehículo líder y el siguiente vehículo al punto de control, entre parachoques delanteros. • Espacio “spacing” d (m) Distancia física entre el parachoques frontal del vehículo líder y el parachoques frontal del vehículo siguiente.

Variables relacionadas con la Densidad • Hueco o brecha “gap” g (seg) Similar al “headway” excepto por ser el tiempo entre el parachoques trasero del primer vehículo y el parachoques delantero del segundo vehículo. • Despeje “clearence” c (m) Similar al “spacing” excepto que es la distancia entre el parachoques trasero del vehículo líder y el parachoques frontal del siguiente vehículo. Equivale al spacing menos la longitud del vehículo líder.

Variables relacionadas con la Densidad

Capacidad Vial • La Capacidad Vial se define como la tasa máxima de flujo que puede soportar una autopista o calle. • Es el máximo número de vehículos que razonablemente pueden pasar por un punto o sección uniforme de un carril o calzada durante un intervalo de tiempo dado, bajo las condiciones prevalecientes de la infraestructura vial, del tránsito y de los dispositivos de control. • El intervalo de tiempo utilizado en la mayoría de los análisis de Capacidad es de 15 minutos (intervalo más corto durante el cual puede presentarse un flujo estable).

Niveles de Servicio

Niveles de Servicio

Nivel de Servicio A Representa circulación a flujo libre. Los usuarios, considerados en forma individual, están virtualmente exentos de los efectos de la presencia de otros en la circulación. Poseen una altísima libertad para seleccionar sus velocidades deseadas y maniobrar dentro del tránsito. El Nivel general de comodidad y conveniencia proporcionado por la circulación es excelente.

Niveles de Servicio Nivel de Servicio B Esta aun dentro del rango de flujo libre, aunque se empiezan a observar otros vehículos integrantes de la circulación. La libertad de selección de las velocidades deseadas sigue relativamente inafectada, aunque disminuye un poco la libertad de maniobrar. El Nivel de comodidad y conveniencia comienza a influir en el comportamiento individual de cada uno.

Nivel de Servicio C Pertenece al rango de flujo estable, pero marca el comienzo del dominio en que la operación de los usuarios individuales se ve afectada de forma significativa por las interacciones con los otros usuarios. La selección de velocidad se ve afectada por la presencia de otros, y la libertad de maniobra comienza a ser restringida. El Nivel de comodidad y conveniencia desciende notablemente.

Niveles de Servicio Nivel de Servicio D Representa una circulación de densidad elevada, aunque estable. La velocidad y libertad de maniobra quedan seriamente restringidas, y el usuario experimenta un Nivel general de comodidad y conveniencia bajo. Pequeños incrementos en el flujo generalmente ocasionan problemas de funcionamiento, incluso con formación de pequeñas colas.

Nivel de Servicio E El funcionamiento está en él, o cerca del, límite de su Capacidad. La velocidad de todos se ve reducida a un valor bajo, bastante uniforme. La libertad de maniobra para circular es extremadamente difícil, y se consigue forzando a los vehículos a “ceder el paso”. Los Niveles de comodidad y conveniencia son enormemente bajos, siendo muy elevada la frustración de los conductores. La circulación es normalmente inestable, debido a que los pequeños aumentos del flujo o ligeras perturbaciones del tránsito producen colapsos.

Niveles de Servicio Nivel de Servicio F Representa condiciones de flujo forzado. Esta situación se produce cuando la cantidad de tránsito que se acerca a un punto, excede la cantidad que puede pasar por él. En estos lugares se forman colas, donde la operación se caracteriza por la existencia de ondas de parada y arranque, extremadamente inestables, típicas de los “cuellos de botella”.

Trade-offs El diseñador toma las decisiones respecto de uno u otro parámetro en favor de los principales objetivos del proyecto.

Dependiendo de la magnitud de las inversiones – Modelo de análisis de decisiones. Teorema de Bayes. ¿Qué es valor? ¿Se puede cuantificar?

Perspectivas de futuro • • • • •

Transporte multi-modal. Redes nodales de transporte. Hubs logísticos e industriales. Hubs portuarios y aeroportuarios. Intersecciones sin interferencia de flujos.

Intersecciones sin interferencia de flujos

Intersecciones sin interferencia de flujos

Fin