59 CAPACIDAD VIAL CONCEPTO DE NIVEL DE SERVICIO En el estudio de la capacidad de calles y caminos, el propósito que generalmente se sigue es el de determinar la calidad del servicio que presta cierto tramo o componente de una arteria. Es poco frecuente el caso de querer determinar la capacidad de la vía. Se entiende por Capacidad el número máximo de vehículos por unidad de tiempo que razonablemente puede esperarse que pasen por un tramo de un camino, en un sentido o en dos sentidos, bajo las condiciones imp erantes del camino y del tránsito. Por lo general la unidad de tiempo será una hora y al referirse a la capacidad, deben manifestarse las condiciones del camino y del tránsito a las cuales corresponde esa capacidad. Para medir la calidad del flujo se usa el concepto de Nivel de Servicio (NS). Es una medida cualitativa del efecto que pueden tener en la capacidad muchos factores tales como la velocidad, el tiempo de recorrido, las interrupciones del tránsito, la libertad de maniobras, la seguridad, los costos de operación, etc. A cada nivel de servicio corresponde un Volumen de Servicio, que será el máximo número de vehículos por unidad de tiempo (casi siempre por hora), que pasará mientras se conserve dicho nivel. De los factores que afectan el Nivel de Servicio distinguimos los internos y los externos. Los internos son aquellos que corresponden a variaciones en la velocidad, en el volumen, en la composición del tránsito, en el porcentaje de movimientos de entrecruzamiento o direccionales, etc. Entre los externos están las características físicas tales como el ancho de los carriles, la distancia libre lateral, el ancho de calzadas, las pendientes, etc. El Manual de Capacidad de Carreteras de 1985, Special Report 209 del TRB, traducido al español por la Asociación Técnica de Carreteras de España, ha establecido 6 niveles de servicio denominados: A,B,C,D,E y F que van de mejor a peor. Las condiciones de operación de estos niveles, que se ilustran en las fotografías de la Fig. 5 , para sistemas viales de circulación continua son: Nivel de Servicio A. Representa una 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 sele ccionar sus velocidades deseadas y maniobrar dentro del tránsito. El nivel general de comodidad y conveniencia proporcionado por la circulación al conductor, pasajero o peatón, es excelente. Nivel de Servicio B. Está dentro del rango de flujo estable, aunque se empiezan a observar otros vehículos integrantes de la circulación. La libertad de la selección de las velocidades deseadas sigue relativamente inafectada, aunque disminuye un poco la libertad de maniobra en relación con la del nivel de servicio A. El nivel de comodidad y conveniencia es algo inferior a los del nivel de servicio A, porque la presencia de otros comienza a influir en el comportamiento individual de cada uno. Los conductores tienen una razonable libertad para seleccionar su velocidad y s u carril. El límite menor de velocidad con mayor volumen en este nivel de servicio se relaciona con los volúmenes de servicio usados en el proyecto de carreteras.
60 Nivel de Servicio C. Pertenece al rango de flujo estable, pero marca el comienzo del dominio en el 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 restringi da. El nivel de comodidad y conveniencia desciende notablemente. Las velocidades y las maniobras resultan más controladas por los mayores volúmenes. La mayor parte de los conductores ven restringida su libertad de elegir la velocidad, cambiar carriles o rebasar. Aún se obtiene una relativamente satisfactoria velocidad de operación, con volúmenes de servicio apropiados para el proyecto de arterias urbanas. Nivel de Servicio D. Representa libertad de experimenta incrementos
una circulación de densidad elevada, aunque estable. La velocidad y maniobra quedan seriamente restringidas, y el conductor o peatón un nivel general de comodidad y conveniencia bajo. Los pequeños de flujo generalmente ocasionan problemas de funcionamiento.
Se acerca al flujo inestable, con velocidades de operación tolerables, pero que pueden ser considerablemente afectadas por los cambios en las condiciones del tránsito. Los conductores tienen poca libertad de maniobras pero las condiciones son tolerables por periodos cortos. Nivel de Servicio. E. El funcionamiento está en el, 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 un vehículo o pe atón a “ceder el paso”. Los niveles de comodidad y conveniencia son enormemente bajos, siendo muy elevada la frustración de los conductores o peatones. La circulación es normalmente inestable, debido a que los pequeños aumentos de flujo o ligeras perturbaciones del tránsito producen colapsos. Representa una operación a menores velocidades que en el nivel de servicio D, con volúmenes que se acercan a la capacidad del tramo. Al llegar a esta, las velocidades, normalmente ─pero no siempre─, son de cerca de 50 km/h. El flujo es inestable y pueden ocurrir paradas de duración momentánea. Nivel de Servicio F. Representa condiciones de flujo forzado. Esta situación se produce cuando la cantidad de transito que se acerca a un punto, excede la cantidad que puede pasa r por él. En estos lugares se forman colas, donde la operación se caracteriza por la existencia de ondas de parada y arranque, extremadamente inestables. Se refiere a un flujo que opera forzado, a bajas velocidades, donde los volúmenes son menores que los correspondientes a la capacidad. Estas condiciones resultan de las colas de vehículos producidas por alguna obstrucción en la corriente. Las velocidades se reducen considerablemente y pueden ocurrir paradas, cortas o largas, debido al congestionamiento. En casos extremos, la velocidad y el volumen pueden tener valor cero.
61
Fig. 5.- Niveles de servicio en condiciones de circulación continua
62 CRITERIOS DE ANALISIS DE CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO Los factores externos que afectan el nivel de servicio, como son físicos, pueden ser medidos a una hora conveniente. En cambio, lo factores internos por ser variables, deben ser medidos durante el periodo de mayor flujo como por ejemplo el Factor de Hora de Máxima Demanda o llamada también Factor de Hora Pico. El flujo de vehículos en la hora de máxima demanda no está uniformemente distribuido en ese lapso. Para tomar esto en cuenta, es conveniente determinar la proporción del flujo para un periodo máximo, dentro de la hora de máxima demanda. Usualmente se acostumbra un periodo de 15 minutos, y la relación del volumen horario a cuatro veces el volumen de 15 minutos es llamado el “factor de hora máxima”. Este será un factor a considerar en los cómputos de capacidad. Tratándose de intersecciones controladas con semáforo habrá otro factor que considerar y que es el Factor de Carga, que constituye un concepto indispensable al analizar la operación de intersecciones. El factor de carga es la relación entre el número de fases verdes que son utilizadas en su totalidad por el tránsito y el número total de fases verdes, en un periodo determinado. Se considera que una fase verde está “cargada” si hay vehículos entrando a la intersección durante toda la fase, sin desperdicios de tiempo. El factor de carga está íntimamente relacionado con el nivel de servicio de la intersección. Si el nivel de servicio es alto, el factor de carga se aproxima a cero, es decir, hay pocos vehículos en cada fase verde. En cambio, si el nivel de servicio es bajo, el factor de carga se aproxima a uno, es decir, casi todas las fases verdes estarán llenas de vehículos. Hasta aquí hemos visto los conceptos de Capacidad, Nivel de Servicio, Volumen de Servicio (con sus 6 clasificaciones), el Factor de Hora Pico y el Factor de Carga, que son términos que han de volverse comunes para quienes realicen frecuentes análisis de capacidad. Tratándose de carreteras o de calles, pero en especial en éstas últimas, se consideran otros factores como Tamaño del Área Metropolitana, la Ubicación dentro del Área Metropolitana, el Porcentaje de Camiones y el Porcentaje de Autobuses. Los dos primeros han sido precisados por un valor , son obvios y también tienen valores establecidos empíricamente. ANÁLISIS DE CAPACIDAD Por lo general no se hacen estudios de capacidad para determinar la cantidad máxima de vehículos que pueden alojar cierta parte de un camino. Mas bien se trata de determinar el nivel de servicio al que funciona cierto tramo, o bien el volumen admisible dentro de cierto nivel de servicio. En determinadas circ unstancias se hace el análisis para predecir con qué volúmenes y a qué plazo se llegará a la capacidad de esa parte del camino. En función del nivel de servicio estará el número de vehículos por unidad de tiempo que puede admitir el camino y se le conoce como el Volumen de Servicio. Este volumen va aumentando a medida que el nivel de servicio va siendo de menor calidad, hasta llegara al nivel “E”, o Capacidad del camino. Más allá de este nivel se registran condiciones más desfavorables, por ejemplo con ni vel “F”, pero no aumenta el volumen de servicio, sino que disminuye.
63
La velocidad es considerada el principal factor usado para identificar el Nivel de Servicio. Hay un segundo factor principal que es una relación entre el volumen de servicio y la capacidad, según el problema específico. Aunque la escala de medición de los niveles de servicio puede no incluir todos los factores considerados deseables, el uso de los dos factores principales mencionados se considera neces ario para un análisis práctico. En la práctica el segundo factor es representado como la relación v/c. En problemas donde se conoce a demanda y la capacidad y se desea determinar el nivel de servicio, la v representa el volumen de demanda. En el caso en que se conoce la capacidad y se especifica un determinado nivel de servicio, v representa el volumen de servicio posible con dicho nivel.
La capacidad vial tiene un intervalo de valores que va desde los 2.00 0 veh/hora/carril, para una autopista de condiciones ideales, hasta unos 300 veh/ho ra/carril, en una zona urbana de calles viejas y angostas, con gran porcentaje de vehículos pesados y fuerte volumen de vueltas. Para carreteras ideales de dos carriles, la capacidad es de 2,800 veh/hora para ambos sentidos. El volumen de servicio será sie mpre una fracción de la capacidad en condiciones ideales. El análisis que comúnmente se realiza sirve para determinar el efecto de los factores externos e internos en la capacidad ideal de cierto tramo de carretera o calle, y el flujo de servicio que corresponde un nivel de servicio dado. Los estudios de capacidad sirven para aislar y medir esos factores. En general , se ha hecho una clasificación de factores y se han determinado ciertas relaciones que permiten valorarlos. Se han fijado factores numéricos, determinados empíricamente las más de las veces, que
64 pueden usarse para afectar matemáticamente la capacidad que se tendría, de no existir estos factores. La determinación original de estos factores y el procedimiento de análisis están contenidos en el “Manual de Capacidad Vial 1985”, Constituye el más extenso trabajo realizado hasta la fecha sobre capacidad de carreteras y calles y aunque muchos de los factores pueden corresponder a condiciones específicas de la vialidad en Estados Unidos, se lo ha utilizado en otros países con resultados muy positivos , y en donde los procedimientos lo han permitido, se ha incorporado información de estudios locales, adaptando el Manual a las condiciones propias de cada país. . La capacidad de una infraestructura es tan variable como pueden serlo las variables físicas del mismo o las condiciones del tránsito. Por esa razón los análisis de capacidad se realizan aislando diversas partes de l sistema vial, como un tramo recto, un tramo con curvas, un tramo con pendientes, el a cceso a una intersección, un tramo de entrecruzamiento, una rampa de enlace, etc. Para fines de interpretación uniforme y metodologica ordenada, se han establecido los siguientes criterios:
El volumen y la capacidad, bajo condiciones prevalecientes, se expresan en vehículos mixtos por hora para cada tramo de la carretera o calle.
El nivel de servicio se aplica a un tramo significativo de la carretera o calle. Dicho tramo puede variar en sus condiciones de operación, en diferentes puntos, debido a variaciones en el flujo de vehículos o en su capacidad. Las variaciones en capacidad provienen de cambios en ancho, por pendientes, por restricciones laterales, por intersecciones, etc. Las variaciones de flujo se originan por cierta cantidad de vehículos que entran o salen del tramo en ciertos puntos a lo largo de él. El nivel de servicio del tramo en ciertos puntos a lo largo del tramo. El nivel de servicio del tramo debe tomar en cuenta, por lo tanto, el efect o general de estas limitaciones.
Los elementos usados para medir la capacidad y los niveles de servicio son variables, cuyos valores se obtienen fácilmente de los datos disponibles. Por lo que corresponde a la capacidad, se requieren el tipo de infraestructura vial, sus características geométricas, la velocidad media de recorrido, la composición del tránsito y las variaciones del flujo. Por lo que toca al nivel de servicio, los factores adicionales que se requieren incluyen la densidad, la velocidad media de recorrido, las demoras y la relación de flujo a capacidad.
Por razones prácticas se han fijado valores de densidades, velocidades medias de recorrido, demoras y relaciones de flujo a capacidad, que definen los niveles de servicio para autopistas, con y sin control de acceso, carreteras de dos y tres carriles, avenidas urbanas y calles del centro de la ciudad.
El criterio utilizado para una identificación práctica de los niveles de servicio de diversos tipos de intersecciones con una Autopista establece que deben considerarse los siguientes factores mostrados en la página siguiente:
65 ELEMENTOS USADOS PARA VALORIZAR EL NIVEL DE SERVICIO
Elementos básicos: Velocidad de operación del tramo. Promedio de velocidad de recorrido Relación de volumen a capacidad a) En punto más critico b) En cada subtramo c) En todo un tramo
Calles del centro
Arterias urbanas
Sin control De acceso accesoacc Carreteras 2y3 deeso acceso carriles
Elemento
De acceso controlado
Autopistas
x
x
x
-
-
-
-
-
x
x
x x x
x x x
x x x
x x x
-
x x -
x -
x x
-
-
Elementos relativos: a) Velocidad promedio del camino b) Número de carriles c) Distancia de visibilidad
SEGMENTOS BASICOS DE AUTOPISTAS Tratándose de tramos rectos, se analizan diversos factores y se recomien da un criterio de análisis, para transito continuo, como sigue: El alineamiento es uno de los factores físicos que influyen en la capacidad. Puede medirse su calidad a través de la velocidad, considerando el promedio ponderado de las velocidades de proyecto para cada subtramo. El alineamiento vertical y horizontal debe permitir una velocidad de 110 km/h, o mayor sin restricción por distancia de visibilidad como puede ser en una Autopista. El ancho del carril menor de 3.60 metros resulta en reducción de capacidad. Este ancho se mide entre centros de rayas separadoras de carriles o, cuando no hay rayas, dividiendo el ancho de la superficie de rodamiento entre el número de carriles que funcionan normalmente. La distancia libre a los lados de la superficie de rodamiento también afecta la capacidad cuando es menor de 1.80 m. Como obstrucciones laterales se consideran los muros de contención, postes, defensas, etc. Desde luego que el ancho de las bermas, ayudará a mantener las condiciones de capacidad si no son capaces de alojar vehículos averiados que, de otra manera, invadirían un carril.
66 Los carriles auxiliares, usados para estacionamiento, cambios de velocidad, entrecruzamientos, vueltas o separación de vehículos lentos en pendientes, permiten suministrar la capacidad adicional para evitar estrangulamiento en ciertos tramos. Estos carriles adicionales, con sus dimensiones y destino deben ser considerados en los análisis de capacidad. El efecto de las pendientes seria mínimo si únicamente hubiera automóviles. Sin embargo, la presencia de vehículos lentos, especialmente de 6 ejes o más, reducen la capacidad de un camino. La influencia de estos vehículos se mide estableciendo una relación de “automóviles equivalentes” por cada vehículo pesado. Por ello se toman en cuenta las velocidades y el porcentaje de pendiente. Como criterio de análisis se recomienda lo siguiente: 1.
Subdividida el tramo de camino en subtramos razonablemente uniformes. También identifique por separado cualquier punto que pueda representar una condición crítica para la capacidad.
2.
Determine en cada subtramo y puntos críticos la capacidad, el volumen de demanda y la relación de volumen a capacidad. La capacidad se calcula aplicando los coeficientes de reducción correspondientes a los factores enunciados, a la capacidad ideal de 2.000 automóviles por hora por carril, en caminos de 4 o más carriles y de 2.000 automóviles por hora, para ambos sentidos, en caminos de 2 carriles.
3.
Para cada subtramo se usa la relación V/C para determinar la velocidad de operación. Esta se obtiene de las tablas o curvas que relacionan la velocidad y el volumen, tomando en cuenta el tipo de camino. Si se desea, con estos datos puede determinarse el nivel de servicio para cada subtramo.
4.
Determine el nivel de servicio general para los varios subtramos combinados. Primero calcule los promedios de las velocidades de operación y de las relaciones V/C para todo el tramo. Use promedios para determinar el nivel de servicio general para el tipo de carretera.
5.
Revise las relaciones V/C más críticas del tramo para asegurarse que no se ha excedido la capacidad en ningún punto.
A continuación se presenta el procedimiento de cálculo de volúmenes de servicio de carreteras de 2 carriles y de 4 carriles, con cruces a nivel, que son las más frecuentes en los sistemas viales, urbanos y rurales de n uestro país. En el Manual de Capacidad se dan también los factores de ajuste para autopistas de acceso controlado, para avenidas urbanas y suburbanas, así como para las calles del centro comercial de la ciudad. Estas tablas se muestran en un apartado especial. Para carreteras de dos carriles: La Capacidad de servicio se calcula con la siguiente fórmula: C = 2.000*N*ω * T * B
67 El volumen de servicio se calcula con la siguiente fórmula: V.S. = 2.000* N*ω * T * B (V/C) Donde: C = N = V.S.= V/C =
capacidad número de carriles por sentido (N en dos sentidos de carretera = 1) volumen de servicio, veh/hora, total para ambos sentidos. relación volumen – capacidad, que relaciona los niveles de servicio y el nivel de servicio. ω = factor de ajuste por ancho de carril y obstáculos laterales. T = factor de ajuste por camiones. B = factor de ajuste de buses.
METODOLOGÍA PROPUESTA PARA EL CÁLCULO DE CAPACIDAD VIAL EN PERU (Extractado del Plan Intermodal de Transportes del Perú - Ministerio de Transportes y Comunicaciones Informe Final - Parte 3, Apéndice 3/2. Consorcio BCEOM-GMI-WSA. Junio de 2005) La capacidad de las carreteras, expresada en términos del máximo número de vehículos que pueden cruzar una sección o tramo dado, es una función de las características geométricas de la carretera, la composición y distribución del tránsito y el entorno de la vía. Las características geométricas y el entorno de la vía forman parte del inventario vial, mientras que las características del tránsito se determinan sobre la base del análisis de la demanda. La estimación de la capacidad vial se realizará de acuerdo a la metodología descrita en el Highway Capacity Manual (HCM), Special Report 209, Third Edition, Transportation Research Board (TRB), 1998. El Manual de diseño geométrico de carreteras del MTC se refiere explícitamente en su Anexo 01: “Capacidades y niveles de servicio” a la teoría de capacidad de carreteras desarrollada por el TRB. Sobre la base del HCM, el cálculo de capacidad se realiza por separado para carreteras de dos carriles y carreteras multicarriles. Como quiera que algunas carreteras de dos carriles en la red en estudio atraviesan áreas urbanas, se requiere algunas consideraciones especiales para estos casos dado que el HCM solo contempla carreteras de dos carriles rurales; es decir, sin efectos importantes de vehículos incorporándose y egresando del flujo principal o atravesando la vía. 1.-
CARRETERAS DE DOS CARRILES
La capacidad (Sf) en carreteras de dos carriles en condiciones ideales se considera como 2,800 veh/hr, considerando solo vehículos pequeños en condiciones ideales (véase MTC-Dirección General de Caminos - Manual de diseño de carreteras, - Anexo 01: Capacidad y niveles de servicio). Esta capacidad ideal se reduce en función de la relación volumen a capacidad máxima considerada posible sobre la base de la geometría longitudinal y transversal de la vía, porcentaje de zonas de no pasar, distribución direccional del tránsito y porcentaje de vehículos pesados (camiones y ómnibus) presentes en el tránsito. A estos efectos reductores se le han agregado el factor relativo al entorno de la vía, tipificado como rural, suburbano o urbano. La fórmula siguiente muestra los factores de reducción tomados en cuenta:
68
Sf 2,800. v / c fd fw fHV: fA : donde:
Sfi : (v/c)i : fd : fw : fHV : fA :
capacidad para un nivel de servicio i. relación volumen a capacidad para un nivel de servicio i. factor de reducción de la capacidad por el desbalance direccional. factor de reducción por carriles y bermas angostos. factor de reducción por la presencia de vehículos pesados. factor de reducción por el entorno de la vía.
La determinación de los factores de ajuste se realizará de la manera explicada a continuación. 1.1.-
Relación volumen a capacidad para un nivel de servicio i (v/c)i
La Tabla 8.1 del HCM establece relaciones de ( v/c)i por nivel de servicio sobre la base de las características geométricas expresadas en términos del tipo de terreno y el porcentaje de zonas sin visibilidad de paso. El Cuadro 1 muestra los valores del HCM para esta relación en función del tipo de terreno y rango de velocidad de flujo libre para los niveles de servicio “D” y “E”. Cuadro 1 – Relación (v/c)i en función del terreno y las zonas de no pasar Tipo de terreno Plano Ondulado Montañoso
N.S. “D” “E” “D” “E” “D” “E”
0 0.64 1.00 0.62 0.97 0.58 0.91
% de zonas de no pasar 20 40 60 80 0.62 0.60 0.59 0.58 1.00 1.00 1.00 1.00 0.57 0.52 0.48 0.46 0.94 0.92 0.91 0.90 0.50 0.45 0.40 0.37 0.87 0.84 0.82 0.80
100 0.57 1.00 0.43 0.90 0.33 0.78
Fuente: HCM Nota: N.S.: niveles de servicio “D” y “E” del HCM
Sin embargo, la evaluación de la geometría al deta lle para establecer el porcentaje de la vía sin visibilidad de paso es apropiada para el estudio y diseño de proyectos particulares; pero no es viable para la evaluación de redes extensas como en este proyecto. Por tanto, se ha establecido un procedimiento simplificado para asignar valores de v/c en los tramos de la red. La velocidad de flujo libre de cada tramo, es decir, la velocidad a la cual se puede circular sin considerar el efecto del volumen de tránsito y en un pavimento en buenas condiciones, se usará como indicativo de las características geométricas generales. La velocidad de flujo libre depende tanto del alineamiento vertical como horizontal; por lo que una carretera de baja velocidad es una carretera con poca visibilidad de paso. Adicionalmente, se considera adecuado utilizar valores de (v/c)i por debajo de los máximos estimados en HCM dado que la operación del tránsito en carreteras de dos carriles se convierte en altamente inestable cuando se aproxima a la capacidad. El Cuadro 2 muestra los valores adoptados en el estudio del PIT para esta relación (v/c)i en función del tipo de terreno y rango de velocidad de flujo libre.
69
Cuadro 2 – Relación (v/c)i en función del terreno y la velocidad Tipo de terreno Plano Ondulado Montañoso 1.2.-
>60 kph 0.90 0.90 0.80
Velocidad de flujo libre < 60 kph 0.90 0.80 0.70
Factor de Distribución Direccional fd
El HCM establece una relación aproximadamente lineal para este valor, la cual se mantendrá en el cálculo de la capacidad. Los valores de este parámetro se muestran en el Cuadro 3. Este factor se vuelve más crítico en la medida que aumenta el desbalance en el flujo en cada sentido. La variación en fd se puede representar median te la ecuación de una recta de la forma:
f 1.00 5.71103 DD 50 donde DD representa el porcentaje de tránsito en la dirección de mayor flujo.
Cuadro 3 – Factor de distribución direccional f d
1.3.-
Dist. Direc.
fd
50/50 60/40 70/30 80/20 90/10 100/0
1.00 0.94 0.89 0.83 0.75 0.71
Factor de ajuste por carriles y bermas angostos fw
El factor fW toma en cuenta la reducción en capacidad debido al efecto restrictivo de los carriles angostos, menores de 3.65 m, y de las bermas menores de 1.80 m de ancho. La Tabla 8-5 del HCM establece los valores recomendados. Estos valores se pueden expresar por medio de la siguiente ecuación, la cual mantiene una correlación de 98 % con respecto a la Tabla 8-5 del HCM y resulta más práctica para su uso, siempre que se aplique sobre el mismo rango de valores de ancho de carril y bermas.
fW = 0.278 W + 0.147 H – 0.279 donde: f W : factor de ajuste por carriles y bermas angostas W: ancho de carril, máximo 3.65 m. H: ancho de berma, máximo 1.80 m.
70
El resultado del inventario vial muestra una gran variedad de combinaciones de ancho de calzada de rodadura y bermas, por lo que se definieron seis secciones típicas para normalizar el análisis y proveer una base más uniforme para la evaluación de la red y la formulación de los proyectos. Las secciones típicas A y B corresponden a autopistas, autovías y carreteras de múltiples carriles, mientras que las secciones C, D, E y F corresponden a carreteras de dos carriles. El Cuadro 4 muestra las secciones típicas para dos carrile s. En base al ancho total disponible se ha distribuido la sección asignando una berma teórico, el espacio normalmente utilizado como despeje lateral. El remanente del ancho disponible se divide por dos para asignar el ancho de carril, el cual es utilizado para el cálculo del factor de ajuste por ancho de carril y berma.
Cuadro 4 – Secciones típicas y anchos de carril y Bermas
1.4.-
Tipo de sección
Ancho total At (m)
Berma teórico, Ht (m)
C D E F
10.50 – 12.00 8.50 – 10.50 6.75 – 8.50 < 6.75
1.80 1.50 1.00 0.75
Factor de ajuste por vehículos pesados, fhv
Este factor toma en cuenta el efecto restrictivo de los vehículos pesados (camiones y ómnibus) en el flujo de tránsito, debido a su mayor tamaño y menor capacidad de ajuste de velocidad. Este efecto depende del tipo de terreno, del porcentaje de vehículos pesados y del nivel de servicio o condición de operación de la vía y se expresa como:
fHV = 1/[(1 + PT (ET – 1) + PB (EB – 1)] donde: PT / PB: proporción de camiones / ómnibus en el flujo de tránsi to ET / EB: equivalentes de camiones / ómnibus en términos de vehículos pequeños Los valores de equivalencias para camiones y ómnibus en términos de vehículos de pasajeros se toman de la Tabla 8-6 del HCM, como sigue:
71
Cuadro 5 – Equivalentes para camiones y ómnibus Tipo de terreno Tipo de Vehículo
plano
Ondulado
Montaños o
Pendientes criticas
Camión Ómnibus
2.0 1.6
5.0 2.9
12.0 6.5
16.0 10.0
El caso de las pendientes fuertes y extendidas será analizado en forma específica, dependiendo de las características del tramo analizado. 1.5.-
Factor de ajuste por condición del entorno, fA
Como se mencionó, el HCM solo considera las carreteras de dos carriles en un entorno rural; es decir, con poca fricción lateral debido a vehículos entrando y saliendo al flujo, paradas de ómnibus, intersecciones, etc. Sin embargo; en la red en estudio existen tramos en esta condición, por lo que se propone utilizar un análisis aproximado de condición urbana para arribar a un estimado de capacidad. La tasa de flujo de un carril con características ideales de ancho, plano y sin vehículos pesados es de 1,900 veh/hr. Considerando una distribución direccional de 65/35, valor medio usual en áreas urbanas, se tendría una capacidad total de 2,925 veh/hr de luz verde en una intersección. Si se considera que la vía analizada mantendrá el derecho de paso al menos el 50 % del tiempo, se tendría una capacidad total aproximada de 1,460 veh/hr. Comparando este valor con la tasa de flujo ideal en caminos rurales (2,800 veh/hr) se tendría un factor de ajuste fA = 0.52. Al aplicar este ajuste a la capacidad ideal como un factor adicional en la ecuación del HCM es necesario considerar que el efecto direccional ya ha sido incorporado y que el factor fd debe fijarse como 1.00. El factor fA = 0.52 solo aplica cuando el tramo analizado es clasificado como urbano. Para el caso de los tramos clasificados como suburbanos se recomienda tomar un valor intermedio entre el caso rural y el urbano, con un factor fA = 0.76. Es importante notar que el efecto urbano o suburbano no solo afecta la capacidad, sino también la velocidad media del tramo, lo cual será considerado al fijar las velocidades básicas de cada tramo. 1.6.-
Conversión de la capacidad horaria en capacidad diaria
Para convertir la capacidad horaria en capacidad de tránsito diario se divide entre el Factor de Concentración Horaria (K), el cual se obtiene de los aforos de tránsito y refleja la fracción de la demanda total del día que se concentra en la hora de máximo flujo. Este factor generalmente varía entre 0.05 y 0.10. El valor promedio del Factor de Concentración Horaria, establecido sobre la base de los conteos realizados en el marco del PIT, es igual a 0.074.
72 2. CARRETERAS DE MÚLTIPLES CARRILES La capacidad (Sf) de una carretera multi carriles es estimada en 2,200 vehículos ligeros por hora y por carril en las condiciones ideales de circulación (véase. MTC Dirección General de Caminos - Manual de Diseño de Carreteras, 2001 - Anexo 01: Capacidad y Niveles de Servicio). Esta capacidad ideal debe ser reducida para tener en cuenta las características de la infraestructura y de la proporción de vehículos pesados en el conjunto del tráfico. 2.1. Factor de ajuste en función de las características de la infraestructura El método de cálculo de la capacidad de las carreteras de múltiples carriles definida por HCM toma en cuenta el impacto de las características de la infraestructura fundamentándose sobre la velocidad de flujo libre de la carretera. Esta velocidad constituye en efecto un buen indicador sintético de los diferentes factores que influyen en la capacidad de una carretera de múltiples carriles. Para diferentes velocidades y diferentes entornos las capacidades por carril son las siguientes (Supplement to 1997 update of HCM - Table 7-1): Cuadro 6 – Capacidad por carril de las carreteras de múltiples carriles en función del entorno y de la velocidad de flujo múltiple
Velocidad de flujo libre 100 90 80 70
Entorno urbano o suburbano 2,200 2,100 2,000 1,900
Entorno rural 1,980 1,830 1,660 1,470
Fuente: HCM
2.2. Factor de ajuste por vehículos pesados fhv Este factor toma en cuenta el efecto restrictivo de los vehículos pesados (camiones y ómnibuses) en el flujo de tránsito, debido a su mayor tamaño y menor capacidad de ajuste de velocidad. Este efecto depende del tipo de terreno, del porcentaje de vehículos pesados y del nivel de servicio o condición de operación de la vía y se expresa como:
fHV = 1/(1 + PT (ET – 1)) donde: PT: proporción de vehículos pesados (camiones y ómnibus) en el flujo de tránsito ET: equivalentes de camiones o ómnibus en términos de vehículos pequeños Los equivalentes de camiones o ómnibus en términos de vehículos pequeños son los siguientes (para las carreteras de múltiples carriles, el HCM no distingue los vehículos de transporte de pasajeros y los vehículos de transporte de carga) en función de la topografía:
73
-
Plano: 1.5 Ondulado: 3.0 Montañoso: 6.0 Pendientes críticas: 10.0
Finalmente, la capacidad total de la vía es obtenida ten iendo en cuenta el número de vías y de la distribución direccional de los flujos.
74 CAPACIDAD DE INTERSECCIONES A NIVEL Muy rara vez se encontrará que todos los accesos a una intersección trabajan en las mismas condiciones. Por lo tanto, se debe hacer referencia a las capacidades de los diferentes accesos. Así, cuando se menciona la “capacidad” o el “volumen de servicio” de una intersección, debe entenderse la capacidad y el volumen de servicio de cada acceso individual o de cada camino que concurre a la intersección.
Es común relacionar la capacidad de las intersecciones a nivel y el control con semáforos. Cuando los volúmenes son bajos no hay inquietud por la capacidad ni necesidad de analizarla. Cuando aquellos crecen y se empiezan a presentar conflictos, probablemente ya la intersección requiere control de semáforos.
75 En general debe hacerse una distinción en el patrón de movimientos. En áreas urbanas la operación de una intersección sin semáforos estará influenciada por las características de otras intersecciones cercanas. Por ejemplo, cerca de intersecciones con control de semáforo, la corriente de tránsito estará formada en grupos, con intervalos sin vehículos, o bien puede padecer el efecto de las colas que se forman en una intersección inmediata. En cambio, en zona rural, donde las intersecciones están distantes unas de otras y hay pocos semáforos, la distribución de vehículos es muy variable y llegarán, no en grupos, si no al azar. Por estas razones y la gran variedad de posibles condiciones, la investigación realizada a la fecha no permite adoptar criterios generales para análisis. En general, para fines de análisis, lo que puede hacerse en intersecciones sin semáforo, es darles el tratamiento de análisis que se usa para intersecciones con semáforo, suponiendo una distribución de tiempo en función de los volúmenes y el ancho de los accesos. Tratándose de intersecciones controladas con semáforos, se han realizado extensas investigaciones, que relacionan los volúmenes máximos que admite cada acceso con las diferentes variables que se presentan, incluyendo las siguientes: Condiciones físicas y operacionales. Ancho del acceso. Uno o dos sentidos de circulación. Tipo de estacionamiento. Condiciones ambientales Factor de carga. Factor de hora de máxima demanda. Población del área metropolitana. Características del tránsito Vueltas. Camiones y autobuses foráneos. Medidas de control: Semáforos. Marcas en el pavimento. La cantidad de vehículos que admite cada acceso a una intersección depend e de muchos factores. Algunos son variables, como el número y tipo de vehículos, y otros son fijos, como las dimensiones de la calle. Cuando existe control a semáforo los factores variables deben ser considerados sólo cuando hay flujo de tránsito, es decir , cuando el semáforo está en verde. Por lo tanto, en análisis de intersecciones controladas por medios electromecánicos las unidades usadas serán v ehículos por hora de luz verde. Los factores que se analizan en este tipo de intersecciones caen dentro de c uatro categorías: condición básica, demanda, movimientos de vueltas y control. Para considerar los factores de condición básica se requiere conocer el ancho de la calle, si es en uno o dos sentidos y si se permite el estacionamiento.
76
En la demanda, o sea el volumen de transito que desea utilizar cada acceso, deben considerase el factor de carga, el factor de hora máxima, el tamaño de la población metropolitana, el porcentaje de vehículos comerciales y la ubicación dentro de la ciudad. El tamaño de la metrópoli también es considerado como un factor ya que en ciudades mayores habrá una tendencia a utilizar mejores medidas de control para vehículos y peatones y los conductores están más familiarizados con las condiciones de congestionamiento que en las ciudades pequeñas. La influencia de los vehículos con llantas dobles también es un factor que modifica el volumen de servicio, tanto porque ocupan mas espacio, como por sus características de aceleración. Los factores que se usan para afectar la capacidad ide al se relacionan con el porcentaje de camiones y de autobuses durante la hora de máxima demanda. En la zona comercial del centro existen condiciones diferentes a las de una zona comercial suburbana o una zona residencial. Esto se debe a que habrá una mej or proporción de vehículos deteniéndose y arrancando y mayor interferencia de peatones con los vehículos. Por esa razón se utiliza también un factor según la clasificación de la zona dentro de la ciudad. Los movimientos de vueltas son muy importantes en la capacidad de una intersección. Se les mide en porcentaje según salen los vehículos de la intersección clasificados: de frente, vuelta izquierda y vuelta derecha. Por último se consideran lo factores debido a las disposiciones que se han tomado para controlar la intersección. Se consideran desde las restricciones de estacionamiento y prohibiciones para ciertas vueltas, hasta la progresión de los semáforos. Para los cómputos de capacidad de varios cientos de intersecciones de altos volúmenes de tránsito en muchas ciudades y carreteras nos permite el uso de los ciertos valores representados en las 6 gráficas en el Manual de Capacidad ya citado. Estas gráficas muestran la relación entre el ancho del acceso y los volúmenes de tránsito del mismo. Adicionalmente ciertos valores tabulados permiten hacer ajustes para los porcentajes variables de vueltas izquierdas, vueltas derechas, camiones y autobuses foráneos. También los autobuses urbanos son analizados mediante valores de ajuste que se presentan en cuatro nomogramas. Cinco de las gráficas mencionadas representan condiciones urbanas y una de ellas condiciones rurales (carretera). Se refiere a la operación de calles de un sentido, sin estacionamiento, con estacionamiento de un lado, con estacionamiento de ambo s lados, así como calles de dos sentidos, con y sin estacionamiento. En cada gráfica aparece un grupo de 5 curvas, complementadas con dos tablas superpuestas que contienen factores de ajuste para considerar el tamaño de la población, la ubicación dentro del área metropolitana y el factor de hora máxima. Cada una de las curvas corresponde a un distinto factor de carga. Como ejemplo se presenta la gráfica que corresponde a intersecciones de carret eras.
77 El volumen obtenido en la gráfica debe ser efectuado p or los factores ya mencionados. Las fórmulas empleadas son las siguientes: VS x volumen en el acceso x factor compuesto Factor compuesto = FC = P x FHM x BT x VD x VI x AL x v/ci Donde.
VS = volumen de servicio. Volumen en el acceso = el que da la gráfica. P =factor por tamaño de la población. FHP = factor de hora máxima. BT = Factor de autobuses y camiones VD = factor de vueltas derechas VI = factor de vueltas izquierdas AL = factores de autobuses locales v/ci=relación verde a ciclo
Puede también aplicarse el método gráfico utilizando los nomogramas elaborados por el ingeniero Jack E. Leisch, profesor de la Universidad de Northwestern. Son 23 nomogramas que permiten determinar el volumen de servicio considerando los factores de ajuste ya mencionados e información obtenida de investigaciones posteriores al Manual de Capacidad. Los nomogramas fueron publicados en 1967 por la Administración de Caminos Federales de los EE.UU. TRAMOS DE ENTRECRUZAMIENTO Debe entenderse por entrecruzamiento el cruce de corrientes de tránsito que se mueven en la misma dirección general, logrado mediante maniobras sucesivas de convergencia y divergencia. Por lo tanto un tramo de entrecruzamiento es el tramo de camino, de un solo sentido de circulación, que permite el c ruce de corrientes de tránsito, en uno de cuyos extremos convergen dos caminos con el mismo sentido de circulación y en el otro se separan. Casi todos los tramos de entrecruzamiento se presentan en intersecciones, a nivel o a desnivel, y pueden ir desde un tramo para cambio de carriles, hasta una intersección rotatoria o rotonda.
78
En caso de que existan tramos de entrecruzamiento en un camino deben ser analizados, en cuanto a capacidad o nivel de servicio, para tener un estudio completo y equilibrado de todo el camino.
79 Las zonas de entrecruzamiento pueden ser simples o múltiples. En las primeras se tiene un solo punto de entrada y otro de salida. En el segundo caso habrá puntos adicionales de entrada o de salida, o de ambos. Las zonas de entrecruzamiento múltiple existen frecuentes. Son tramos de camino, de un solo sentido, que tienen dos ramales consecutivos de entrada seguidos de uno o más ramales de salida inmediatos, o bien por un ramal de entrada seguido inmediatamente de dos o mas ramales de salida. Un tramo de entrecruzamiento maneja dos clases de corrientes de tránsito: la que pasa a través, sin cruzar con la trayectoria normal de otros vehículos y la que se cruza con otros vehículos que usan el tramo. En tramos bien proyectados estas dos clases de corrientes tienden a funcionar separadamente y por lo tanto, pueden analizarse en forma independiente. Mediante observaciones directas en muchos tramos de diversas carreteras y calles se han relacionado los aspectos geométricos de estos tramos de entrecruzamiento con los factores funcionales de volumen y velocidad de operación. Estas relaciones, que se han seguido verificando a través de los años, quedan expresadas en forma gráfica, en la serie de curvas que relacionan los volúmenes de tránsito que se cru zan, con la longitud requerida del tramo de entrecruzamiento. A diferentes valores del “Factor de Influencia del Entrecruzamiento”, corresponden sendas curvas, además, éstas están agrupadas por calidad de flujo. Ver gráfica correspondiente en la página que sigue. Para el análisis del entrecruzamiento se ha relacionado la Calidad del Flujo con los niveles de servicio y con el tipo de calle o carretera de que se trata. Estas relaciones están condensadas en la tabla de Calidad de flujo, que en la gráfica ya mencionada tiene valores en número romano. TIPOS DE ENTRECRUZAMIENTO Desde luego que el nivel de servicio tiene que coincidir con el de los tramos de carretera o calle antes y después del tramo. En el análisis de un tramo de entrecruzamiento también se usa una fórmula que, relacionando los volúmenes con el volumen de servicio por carril y el Factor de Influencia, determina el número necesario de carriles.
80
El factor de Influencia (K) es un valor de 1 a 3 por el se multiplica el menor de los volúmenes que se entrecruzan (W2). Se considera que para secciones cortas la influencia de se volumen de vehículos es mayor, con un máximo de 3 cuando la longitud es mayor que la mínima requerida el valor de K se va reduciendo. Se considera, en todos estos análisis, que las distancias de visibilidad en las entradas al tramo en cuestión, son adecuadas. Los carriles que alojan las corrientes de tránsito que pasan de largo, sin cruzar, son considerados comparables a los carriles de un camino común, de varios carriles, para fines de análisis. Estos carriles deben ser capaces de alojar estos volúmenes de vehículos, para que no ejerzan influencia en los carriles destinados a las maniobras de entrecruzamiento. Según varía la calidad del flujo también debe variar el volumen de servicio por carril para usar en la fórmula del número de carriles, como sigue:
81 RELACION ENTRE CALIDAD DE FLUJO Y VOLUMEN DE SERVICIO MÁXIMO EN LA SECCION DE ENTRECRUZAMIENTO
Calidad de flujo Volumen de servicio máximo por carril (autos/hora)
I 2.000 II 1.900 III 1.800 IV 1.700 V 1.600 Conviene agregar, sobre el concepto de Calidad de Flujo, que a los valores de I al V corresponden los siguientes rangos de velocidades de operación. Calidad de flujo Velocidad de operación
I II III IV V
80 70 60 50 50
km/h o más a 80 km/h. a 70 km/h. a 60 km/h. km/h o menos
RAMPAS Una rampa es un tramo de camino que permite la conexión de una carretera con otra que la cruza. Por lo general se estudian las rampas en relación con autopistas y pasos a desnivel. La eficiencia del movimiento vehicular a lo largo de una autopista puede estar directamente afectada por las rampas que conectan con ella. Las rampas de entrada que no son adecuadas serán un serio inconveniente para el volumen de tránsito que desea ingresar a la autopista. Las rampas inadecuadas de salida también causarán congestionamiento, ya sea porque no caben los vehículos que desean salir o por los remansos que se producen a causa de la misma rampa. Esto puede ser causado por un mal diseño de la salida hacia el sistema vial urbano. Los proyectos que permiten satisfacer las necesidades de los volúmenes de tránsito, dependen en gran parte de la posibilidad de determinar la capacidad de la rampa y sus conexiones. Aunque frecuentemente se usa la expresión “capacidad de la rampa”, sólo en casos especiales la capacidad de la rampa gobierna la cantidad de vehículos que pueden pasar. En la mayoría de los casos el volumen admisible depende de las condiciones dela rampa en sus puntos terminales de entrada y salida. El proyecto de las entradas y salidas de las rampas es un factor dominante en la operación de la rampa. Los proyectos que tienen curvas cerradas adyacentes a la autopista, distancia reducida de visibilidad, insuficiente longitud para movimientos convergentes, divergentes o de cambio de velocidades, mal trazo para la trayectoria de los vehículos etc., deben ser evitados porque tienden a producir una operación errática. El proyecto detallado de los extremos de una rampa debe proporcionar trayectorias fáciles y naturales, con suficiente distancia de visibilidad y buen alineamiento. El proyecto básico de las intersecciones debe conservarse tan simple y similar con otros, como sea posible, de acuerdo con las necesidades y el costo.
82 El proyecto de rampas que no reúne las condiciones adecuadas resultará no solo en la falla de la operación de la rampa, sino también en la operación defectuosa de un tramo de la autopista.
La capacidad de una rampa será el menor de los tres valores siguientes: 1) La capacidad de la conexión de la rampa con la autopista. La capacidad cuantitativa del efecto que causan varios factores. Aun cuando la velocidad sigue siendo uno de los principales factores en los carriles de la autopista, en las conexiones de rampas la situación es más c ompleja. Pero si se carece de suficientes datos para el análisis de los volúmenes de servicio a lo largo de la rampa, el nivel de operación de la conexión de la rampa debe referirse al volumen del carril uno de la autopista, cercano a la conexión. Con respecto a los criterios de nivel de servicio en estas áreas el Manual de Capacidad específica lo siguiente: En los puntos de convergencia o divergencia sobre la autopista, el nivel de servicio A representa movimiento libre. El tránsito que entra mezcla suavemente, con poca dificultad para encontrar una abertura. A este nivel de condiciones ideales el movimiento total convergente (carril exterior mas rampa) no excede los 1.000 vph. En el caso de autopistas de 4 carriles, los carriles uno y dos combinados no exceden volumen total de 1.400 vph, a una vel ocidad un límite de aproximadamente 1.300 vph para el volumen de servicio. El nivel de servicio C está en el límite de flujo libre. A este nivel ya debe tomarse en cuenta la variación de vehículos dentro de la h ora máxima demanda, usando el “factor de hora máxima”. El volumen total convergente (carril exterio r más rampa) varía de 1,300 a 1,500 vph, bajo condiciones ideales, dependiendo del factor de hora máxima utilizada, con flujos máximos de 5 minutos equivalentes a 1,700 vph. En la autopista de 4 carriles, los carriles uno y dos combinados, llevarán un máximo de 2,300 a 2, 750 vph a velocidades de 80 km/h. El movimiento divergente (movimiento de frente del carril uno más los vehículos que salen por la rampa) alcanza un límite superior de 1,400 a 1,650 vph, dependiendo del factor de hora máxima. Con un buen proyecto geométrico este volumen debe ser manejado sin problemas. Los niveles de servicio D, E y F presentan una situación diferente en el sentido de que la demanda ha crecido tanto que la posibilidad física del punto de unión para soportar los incrementos deber se tomada en cuenta. El nivel D representa condiciones de incipiente congestionamiento. En esta condición habrá más cambios de carriles corriente arriba. La rampa podrá admitir volúmenes mayores que los correspondientes al nivel C, siempre y cuando el volumen total de la autopista no exceda los volúmenes correspondientes al nivel D. Los volúmenes horarios que resultan, según varía el factor de hora máxima, van de 1,400 a 1,650 vph para convergencias y de 1,500 a 1,750 vph para divergencias. La capacidad, a nivel de servicio E, se ha establecido aproximadamente
83
TRANSPORTE PÚBLICO Vale la pena mencionar que el Manual de Capacidad tiene un capítulo de dicado al transporte público en buses. Trata de las características generales de la operación de buses en autopistas y en calles ordinarias. Se concluye que el bus común es equivalente a 1,6 automóviles en la autopista, pero el factor de conversión varía mucho en las calles comunes. También se toman en consideración las características de las paradas de buses, considerando los tiempos de subida y bajada de pasajeros y su influencia en la capacidad de la calle. En resumen, el Manual de Capacidad 1985 es una guía, más que una norma rígida, que representa un conjunto de resultados de investigación, con suficiente amplitud de horizontes para permitir adaptaciones en diferentes circunstancias.
ROTONDAS GIRATORIAS O NUDOS VIARIOS Definiciones Una rotonda giratoria es un anillo de circulación a sentido único, hacia el cual convergen muchas vías. El movimiento circular se efectúa en el sentido inverso a las agujas de un reloj. La rotonda comporta generalmente un islote central materialmente infranque able, inscrito por una calzada con sentido único, sobre la cual desembocan diferentes vías y son anunciadas por una señalización específica. Sus componentes más importantes son: El islote central: que es un obstáculo circular, a veces ovalado, que ocupa la zona central de la rotonda y alrededor de la cual circulan los vehículos. En los mini giratorios, se trata de un simple marcado de círculos concéntricos pintados sobre la calzada, o de un leve realzamiento de esta que se realiza a veces con un material de superficie diferente al de la calzada. Diámetro interior: que es el diámetro del islote central de la rotonda. Anillo de circulación: llamado también superficie de rodadura, calzada de rodadura o calzada anular; es una vía generalmente circular que rodea al islo te central, sobre la cual circulan los vehículos que se consideran prioritarios con relación a los vehículos que desembocan en las rutas de entrada. Diámetro de la rotonda: es el diámetro del más grande círculo que se puede inscribir al interior de los límites de la rotonda giratoria. Se llama también diámetro inscrito o diámetro exterior para distinguirlo del diámetro del islote central o diámetro interior. Vías de entrada (o ramas de acercamiento, rutas aferentes): son las vías de circulación convergentes hacia la rotonda, ya sea con doble sentido de circulación (con entrada y salida de la rotonda), o con sentido único.
84 Entrada: zona de convergencia de la rama en la rotonda, separada del anillo de circulación por una línea de ceder la prioridad. La entr ada esviajada o con bordes paralelos, es el lugar de disminución de velocidad o de parada de los vehículos antes de su aceleración cuando le permite un espacio suficiente en el anillo de circulación. Esta zona de entrada constituye uno de los elementos má s importantes de este tipo de intersección. Es el lugar de accidentes típicos de rotondas. Ella debe estar atravesada por un paso de peatón señalizado para favorecer este tipo de desplazamientos de peatones. Es igualmente el lugar (en las rotondas modernas con prioridad a la izquierda en el anillo) donde el automovilista decide insertarse en la circulación en función de diversos elementos: espacio suficiente, vehículo saliendo de la rotonda por la misma rama y que ha accionado su guiñador, potencia de acele ración de su propio vehículo, etc. Ensanchamiento de la entrada: ensanchamiento más o menos gradual de la vía de entrada, permitiendo a dos vehículos, o más, de insertarse simultáneamente en la rotonda, en beneficio de un mismo espacio. Islote separador: islote establecido sobre una rama de aproximación, entre las vías de entrada y de salida y el anillo de circulación, que puede servir de refugio al paso de peatones, separando los movimientos de entrada y de salida, e imponiendo a los vehículos una cierta deflexión en su trayectoria. Prioridad al anillo: modo de explotación en las rotondas modernas, donde los vehículos que convergen desde las diferentes ramas deben ceder el paso a los vehículos que ya están comprometidos en la rotonda y están circulando d e izquierda a derecha alrededor del islote central. Tipología según sus dimensiones Mini-giratorios Su diámetro interior (el diámetro del islote central) no sobrepasa de los 4 metros. El islote central no esta señalado por un espacio físico infranqueabl e, pero sí por uno o varios círculos concéntricos pintados al centro de la intersección o también por un realzamiento particular en la superficie de la calzada (por ejemplo en los adoquines), lo que lo diferencia del anillo de circulación. El diámetro exterior puede ser menor a 20 metros: existen los mini-giratorios con un diámetro exterior de apenas 14 metros. La posibilidad de retorno no es segura para los vehículos pesados, pero doblar a la izquierda es posible por la posición del islote central. Los mini-giratorios no pueden funcionar correctamente si la prioridad no es acordada en el anillo. Giratorios compactos Su diámetro interior, (es decir el diámetro del islote central), es superior a 4 metros e inferior a 20 metros.
85 El diámetro exterior está comprendido entre 24 m. como valor mínimo y los 40 m. aproximadamente. El islote central generalmente es infranqueable, pero las dimensiones de conjunto son suficientes para permitir todas las maniobras, principalmente el giro de los vehículos pesados –camiones-remolque y buses de gran envergadura– en la cual las trayectorias de giro se insertan entre los bordes de la calzada anular. La prioridad en las entradas, que subsiste todavía en algunos giratorios compactos es progresivamente reemplazada por la prioridad del anillo. Grandes giratorios Su diámetro interior sobrepasa ampliamente los 20 metros y su diámetro exterior es ampliamente superior a los 40 metros. Estos giratorios han sido habilitados antes y después de la entrada en vigor de la prioridad en el anillo, y muy especialmente en los casos donde las vías que se conectan son utilizadas a gran velocidad por una gran cantidad de vehículos, y de los cuales la repartición alrededor de la intersección es apremiante. La prioridad en el anillo se generaliza igualmente en este tipo de giratorios. Giratorios dobles Estas intersecciones resultan de la implantación contigua de dos mini -giratorios o dos giratorios compactos. Tipología de las rotondas según su implantación Las rotondas giratorias pueden ser clasificadas en tres grupos según su lugar de implantación: Giratorios urbanos. Giratorios periurbanos. Giratorios a campo traviesa. Giratorios urbanos Estos giratorios se encuentran en zonas urbanas densas o en las zonas residenciales y tienen la particularidad de conectar las vías que se circulan generalmente a una velocidad media menor de 50 km/h. Los volúmenes de circulación son elevados. El tráfico de peatones, de dos ruedas y de transportes en general es igualmente muy importante. Este tipo de g iratorios se encuentran también en las zonas residenciales, sobre las vías poco transitadas, de tal manera que eventualmente se puede acceder al islote central y su consiguiente utilización como espacio de juego o esparcimiento. Son situadas entre intersecciones importantes e implantadas en sitios urbanos relevantes que pueden ser de tipo mini-giratorio, o giratorios compactos.
86
Giratorios periurbanos Este tipo de intersecciones generalmente se implantan en las vías importantes, circuladas a velocidad relativamente elevada. Se encuentran en las entradas a ciudades o poblaciones, en las zonas de hábitat difuso o en las inmediaciones de zonas industriales. Las actividades que inducen a un fuerte tráfico carretero pueden estar localizadas en los alrededores inmediatos de estos giratorios (centros comerciales, complejos deportivos, parqueos, etc.). Sin embargo en estas zonas, el trafico peatonal o de dos ruedas es menos frecuente que en los giratorios urbanos pero no del todo inexistentes. Las intersecciones periurbanas pueden ser de tipo compacto o grande, pero jamás de tipo mini-giratorio. Giratorios a campo traviesa Generalmente son de tipo compacto, con diámetro exterior comprendido en la mayoría de las veces entre 30 y 35 metros, y son el resultado de la disposición de una intersección entre una ruta prioritaria y una ruta secundaria, ( intersección de tres o cuatro ramas), no necesariamente muy circuladas, pero que anteriormente eran la causa de numerosos y graves accidentes debido a la excesiva veloci dad con la que se circulaba sobre la ruta principal y la falta de respeto por la prioridad por parte de los vehículos que toman las ramas secundarias Los flujos peatonales en este tipo de giratorios son prácticamente inexistentes y la circulación de dos ruedas no recomendable, salvo si el giratorio se situara sobre un eje de turismo ciclista. METODOLOGÍA La metodología que se adopta para los estudios de capacidad de rotondas giratorias, es la que se aplica tradicionalmente a este tipo de proyectos de tr áfico, con el objetivo de realizar el acopio de información de tal modo que la solución sea el resultado de un análisis metodológico secuencial, a saber:
Recopilación de los datos de campo. Procesamiento de los datos en gabinete. Cálculo de las reservas de capacidad de la rotonda. Elaboración de alternativas de diseño. Elección de la alternativa más recomendable.
Entre las tareas que se realizan en los estudios de tráfico podemos mencionar: Se realizan aforos de vehículos para la determinación de los vol úmenes de trafico actuales: ello permite determinar el numero de unidades de transito que pasan por un punto dado y en un periodo de tiempo predeterminado. Se llaman unidades de transito a cada uno de los vehículos sean estos automóviles, buses, camiones, etc. Estos aforos generalmente se realizan de forma manual.
87 Para la determinación de las unidades de transito, se procesan los aforos y se determinan los volúmenes más usuales, entre los cuales podemos mencionar vehículos por hora (VPH) o vehículos por día (TPD). Aforos Volumétricos y Direccionales El objetivo es el de recolectar los datos necesarios para encontrar elementos importantes como ser la intensidad horaria del trafico, la composición vehicular y la composición porcentual de los giros que reali zan los vehículos. Para la determinación de los volúmenes de demanda vehicular se realizan conteos clasificados de vehículos en todas las ramas de entrada. El aforo mixto se realiza para determinar la composición del volumen por tipo de vehículos, datos de origen–destino y la distribución horaria de tráfico. Métodos de aforo Para la recolección de los datos generalmente se recurre a la participación de un contingente de personas con el adiestramiento suficiente para realizar en forma manual el relevamiento de los datos. Para las horas pico se puede acudir a un método de apoyo consistente en la filmación continua de las rotondas por espacio de las horas que resulten necesarias en cada una de las ramas. Las horas de filmación por ejemplo pueden ser las si guientes: en la mañana de 7.00 a 9.00; a medio día de 11.30 a 13.30 y en la tarde de 17.00 a 19.00 horas; con lo que sumados a los conteos manuales, se realiza un total de 12 horas continuas de cobertura de conteo mixto. Para los aforos de las horas intermedias a las horas pico se utiliza normalmente el método manual de aforo lo que permite la clasificación de vehículos por tipo y registro de las cantidades de movimientos de giro. Modalidad del conteo manual Para la realización de los conteos se utilizan formularios previamente diseñados donde se registra toda la información necesaria y suficiente para el objetivo buscado. Cada formulario debe contener el espacio suficiente para cubrir los periodos de conteo. El conteo de vehículos se realiza corrientemente durante 12 horas continuas (de 7;00 am. a 7.00 pm). Se adopta un coeficiente de noctambulidad para considerar el tráfico nocturno. Este coeficiente se adopta a partir de porcentajes usualmente aplicados para este tipo de casos y en nuestro medio res ulta un buen parámetro el 20%. Información a ser obtenida Volúmenes y composición vehicular
88 Por medio de los aforos tanto de filmación como manuales se pueden conocer tanto la intensidad de circulación horaria como la composición del tráfico vehicular. Para la composición, se clasifica normalmente a los vehículos de la siguiente manera:
Vehículos ligeros (automóviles, vagonetas, camionetas y minibuses) Vehículos pesados (camiones, buses y remolques)
Giros o movimientos direccionales Se refiere al detalle de la ruta que siguen los vehículos al salir de las rotondas, estas pueden ser derecha, izquierda o de frente. Un ejemplo de los datos que deben ser obtenidos se presenta en un apartado especial, en el cual se muestra la composición y giros que real izaban en abril de 2002 los vehículos de cada una de las ramas de acceso a una Rotonda de Estudio. Volumen en la Hora Pico Para definir la hora pico se utilizó el criterio de aquel periodo de una hora en el cual se tienen los flujos totales máximos circulando por las rotondas. De los conteos que se realizan se obtiene la hora de máximo flujo que se denomina la hora pico. En nuestro medio es normalmente de 7:30 am. a 8:30 am. Importancia de los conteos direccionales Los conteos direccionales son necesarios para determinar los volúmenes de flujo sobre cada una de las ramas de una rotonda giratoria. La importancia del volumen de los flujos direccionales se define en base a la jerarquía de flujos mostrada en la página siguiente: CATEGORÍA DE LAS ROTONDAS SEGÚN EL FLUJO Flujo vehicular direccional total por hora pico determinada (VPH)
Categoría del volumen de tráfico
< 100 100 – 400 400 – 800 > 800
Pequeño Medio Elevado Muy elevado
89 INTERSECCIONES VIALES Definiciones Se llaman intersección al área en donde dos o más vías o corrientes de tránsito se unen o se cruzan entre sí. Existen dos tipos: los entronques y los pasos. Entronque es la zona en donde dos o más caminos se cruzan o se unen. Paso es la zona en donde dos vías terrestres se cruzan sin que puedan unirse las corrientes de tránsito. En los entronques y pasos se puede contar con estructuras a nivel o a desnivel. Se denominan ramas a cada una de las vías que convergen en una intersección. Enlaces son las vías que unen las ramas. Si las r amas están a desnivel se denominan rampas. CONSIDERACIONES PRINCIPALES PARA EL DISEÑO Cada intersección, aunque tenga muchos rasgos en común con otras intersecciones, se debe diseñar siempre como un proyecto absolutamente singular, ya que pese a su probable similitud con otras intersecciones, es casi seguro que presenta diferencias de impacto importantes en relación a los flujos de tráfico, la economía y el medio ambiente. De este modo, los factores principales que deben considerarse en el diseño de una intersección, son: a) Factores de tránsito. Diseño del tráfico para cada movimiento, lo cual incluye los volúmenes diarios y por hora TPDA, composición del tránsito, capacidades, movimientos direccionales, características del tamaño y de operación de los vehículos, velocidades de operación y horas de máxima demanda (mediante aforos), tasa de crecimiento anual, volumen horario de proyecto para el año futuro correspondiente a la vida útil de la obra y movimientos de los peatones. b) Factores topográficos. Planimetría, Altimetría y Topografía a detalle, mejoras y requerimientos físicos mínimos para vías urbanas y sus ramales, adecuada distancia visual, restricciones por propiedades contiguas, localización segura de accesos y tránsito peatonal, de cruce y localizaci ón adecuada de dispositivos de control de tráfico. c) Factores económicos. Costos de capital y operación de las mejoras realizadas así como la consideración económica de los ahorros obtenidos. También se debe considerar el efecto económico perjudicial en aqu ellos negocios confinados en que la canalización restringe o prohíbe ciertos movimientos de vehículos dentro de la zona de influencia de la intersección.
90
d) Factores humanos. Hábitos de conducción, capacidad de conductores para tomar decisiones, advertencias adelantadas adecuadas de intersección, tiempos para percepción y para reacción y trayectorias naturales de los movimientos. e) Alternativas para diseño. La intersección más simple es la convergencia de dos caminos o vías y el cruzamiento de uno por el o tro, en ambos casos sin ampliación
91 o modificación de cualquiera de ellos ni la colocación de señales para el control de tráfico. Cuando el transito lo justifica, debe colocarse una señal de ALTO o de CEDA el PASO en el camino o vía de menor flujo de movim iento. Una mejora adicional importante es ampliar la calzada en el camino principal para proveer de carriles donde el tráfico que gira o da vuelta pueda salir de la corriente mayor. Con mayores volúmenes de tráfico, es recomendable separar el que entra y sale del camino menor canalizando la intersección con pequeñas isletas (ver la Figura 1 a continuación). Sin embargo, conviene restringir este tratamiento de modo que no se vuelva innecesariamente confuso.
Figura 1 Intersecciones “T” canalizadas a niv el donde: a) y b) Son con carriles de faja central c) Intersección y d) “asa de jarra”. El tráfico intenso con un volumen referencial de cruzamiento de 750 vehículos por hora, ya crea la necesidad de implantar luces de señalización, en especial en las zonas urbanas. Cuando la faja central en un camino dividido es lo bastante ancha, puede construirse un carril para giro a la izquierda o en “U” (Figura 1 “b” y “c”). Además, cuando la adquisición del derecho de vía no representa un mayor problema, se constr uye una bifurcación a partir del carril del lado derecho para posibilitar la intersección con el camino y permitir un cruzamiento del tráfico en ángulo recto. La entrada a la intersección por medio de esta bifurcación se controla comúnmente por una señal d e “Alto” o una señal de prioridad de tráfico a la corriente principal. A causa de su forma, esta bifurcación se la denomina en asa de jarra(Figura 1 “d”). Algunas otras intersecciones a nivel típicas, se muestran en la Figura 2 (incisos “a” hasta “f”) y también en la Figura 3 (incisos “a” hasta “e”).
92 En el caso de altos volúmenes de tráfico, se justifican los pasos a desnivel para separar los movimientos de cruzamiento, y se instalan rampas para intercambiar vehículos entre vías o caminos. Esta construcció n forma intersecciones a desnivel o nivel separado, más comúnmente conocidos como intercambios.
Figura 2. Intersecciones “T” a nivel (Fuente: “A Policy on Geometric Design of Rural Highways American Association of State Highway and Transportation Offici alsAASHTO)
Figura 3. Intersecciones de cuatro ramales a nivel (Fuente: “A Policy on Geometric Design of Rural Highways – AASHTO)
93 DISEÑO DE INTERCAMBIOS VIALES Un intercambio es un sistema de interconexión de caminos o vías convergentes, con una o más separaciones de niveles, que proporciona lo necesario para el movimiento de tráfico entre dos o más caminos en niveles diferentes. Datos para diseño. Los datos son esencialmente los mismos que los que se necesitan para las intersecciones a nivel establecidos en la sección anterior y consisten en los volúmenes de tránsito, condiciones físicas del sitio, y factores económicos, geográficos y del medio ambiente. Justificación para intercambios. Las consideraciones principales para justificar la construcción de un intercambio son: Formación de una vía exclusiva Una vez tomada la decisión de convertir una ruta en vía exclusiva, son necesarias las decisiones adicionales respecto de que si cada ramal que compone la intersección debe anularse, cambiar de sentido, suministrarle separaciones de nivel o intercambios. El interés principal es un flujo seguro, sin interrupciones de flujo o tráfico en la vía exclusiva. Si el tránsito en la otra vía o ramal debe cruzar la vía libre, la separación de nivel se requiere para eliminar interferencia con el flujo de transito de la vía libre. Eliminación de cuellos de botella o congestionamiento en el sitio. La insuficiente capacidad en una intersección a nivel de los ramales de fuerte tránsito, puede causar el congestionamiento intolerable en uno o en todos los accesos de una intersección. La importancia de proveer la capacidad esencial en una instalación a nivel, justifica ampliamente la construcción de un intercambio. Eliminación de riesgos. Algunas intersecciones a nivel mal conceptualizadas o mal diseñadas han causado accidentes graves. A menos que puedan usarse métodos poco costosos para eliminar los riesgos, se justifica ampliamente la separación de niveles o el intercambio. Las intersecciones expuestas a accidentes, con frecuencia se encuentran en la convergencia de caminos de tránsito relativamente ligero en zonas rurales de asentamiento disperso, donde las velocidades son altas. El derecho de vía no es costoso, y esas mejoras de bajo costo pueden justificarse tan solamente por la disminución de accidentes graves. En estas zonas pueden construirse las estructuras ordinariamente a bajo costo, en comparación con aquellos costos resultantes en las áreas urbanas. Beneficios para los usuarios del camino. Son grandes los costos para el usuario del camino, causados por retrasos ocasionados por las intersecciones congestionadas a nivel. El costo anual de combustible, llantas, aceites, reparaciones, accidentes, tiempo, etc., en las intersecciones que requieren cambios de velocidad, paradas y esperas, puede constituir gran parte de los beneficios que significan el ahorro anual que se logra con la construcción de estos intercambios, lo cual además permite las operaciones seguras y sin interrupción de ninguna naturaleza. Los intercambios generalmente tienen mayores distancias totales de recorrido que los recorridos realizados en los cruzamientos directos a nivel. El costo agregado por la distancia adicional de recorrido, sin embargo, está comúnmente compensado por el
94 ahorro que implica la reducción en paradas y costos por retardos. Para cualquier tipo de intersección, la relación de beneficios al usuario del camino con respecto al costo de la mejora, indica si se justifican o no las mejoras en el campo económico. En general, esta relación se expresa como una razón entre el beneficio de costo anual y el costo anualizado de la mejora. El beneficio en costo anual es la diferencia de costos, para el usuario del camino, entre la condición existente y la condición después de la mejora. El costo anualizado es la suma del interés y amortización del costo de la mejoría realizada. Cuanto mas grande es la razó n, mayor la justificación para la mejora. Las relaciones mayores que 1 son necesarias para la mínima justificación económica. La comparación de estos índices resultantes de la evaluación de alternativas de diseño, es un factor importante que facilita la de cisión sobre cual opción elegir. Criterios de diseño recomendables para intercambios En el diseño de un intercambio deben considerarse algunos principios básicos: Entremezcla mínima de vehículos. Las secciones inadecuadas para la entremezcla de vehículos, reducen seriamente la capacidad y la velocidad; en las vías de alta velocidad y alto volumen de tráfico, además de que aumentan los accidentes y los congestionamientos. La distancia entre cualquier entrada y salida siguiente en las vías de acceso restringido como son las autopistas, siempre debe ser suficiente para eliminar el entremezclado de vehículos como una restricción operacional de transito. Cuando la entremezcla aceptable no puede proporcionarse para una etapa de diseño, los movimientos en rampas a desnivel se deben estudiar como una alternativa inevitable. Rampas terminales. Las localizaciones de salidas y entradas de una vía son importantes. Las que proveen distancia visual reducida a los conductores, o que tienen señales de transito mal ubicadas, requieren una decisión demasiada rápida por parte de los conductores y son intercambios que normalmente originan accidentes. En las zonas urbanas donde es necesario proveer acceso frecuente a las vías, se confronta el riesgo de que las rampas termina les se pudieran localizar demasiado cerca. Para evitar esta situación, se introducen con frecuencia vías colectoras y distribuidoras. Una vía de camino colectora y distribuidora se conecta al camino principal después de recoger el tránsito de una serie de puntos de servicio. El tránsito puede salir del camino en una terminal; luego, usar la vía del camino colectora y distribuidora de menor velocidad, para llegar a su destino. El trafico que se origina en los puntos de servicio al tránsito de vehículos, espa ciados muy cerca, usa la vía colectora distribuidora para ganar acceso al camino principal. Este arreglo minimiza la interferencia entre los vehículos que están usando el camino; al mismo tiempo que proporciona servicio a localidades que requieren acceso a l mismo. Salidas y entradas. Las entradas y salidas a las vías, preferentemente deben estar emplazadas sobre la derecha del transito del camino. Las entradas y salidas por el lado izquierdo se consideran indeseables, por varias razones: Las decisiones y maniobras ocurren en los carriles de transito izquierdos, que son normalmente las vías establecidas para alta velocidad.
95 Los conductores que entran por el lado izquierdo tienen que desplazarse en poco tiempo a su lado derecho, en donde tienen visibilidad reducida y, así, tienen mas dificultad para tomar precauciones. Este problema se agrava aún más cuando el vehículo que entra es un vehículo pesado. En vista de la preponderancia de las entradas y salidas por el lado derecho, los movimientos por el lado izquierdo tienden a confundir y sorprender a los conductores, aún si estas disponen de las señales apropiadas. Los camiones que en forma tradicional se restringen a los carriles derechos en las vías libres, son obligados a hacer maniobras a través de varios carriles para llegar a una salida del lado izquierdo, o para regresar al carril de la derecha a partir de una entrada por el lado izquierdo. Las objeciones anteriores quizás no sean importantes para bifurcaciones mayores en que los volúmenes de tráfico son tan iguales que no favorecen un movimiento sobre otro. Sin embargo, cuando sea posible, se sitúa el volumen de tráfico comercial más alto en la bifurcación del lado derecho. Las salidas preceden a las entradas. De preferencia, las salidas deben precede r a las entradas en las localizaciones de servicio al tránsito. Una razón es que el congestionamiento de este se reduce si se desaloja antes que entre el nuevo. Otra razón es que se eliminan esas entremezclas del tráfico que entra y del que sale. Entrada sencilla. Cada entrada crea perturbación y fricción con el flujo de transito principal. Esto reduce la velocidad y la capacidad de este. Por tanto, es conveniente disminuir tanto como sea posible el número de entradas. La aplicación de este principio, sin embargo, se modifica por una excepción que se expone en la siguiente consideración: cuando los volúmenes de tránsito sobre una rampa exceden la capacidad de entrada de un carril, debe pensarse en construir dos entradas de un carril en vez de una de dos carriles de tráfico directo. Esto es particularmente deseable cuando debe mantenerse el número de carriles de tráfico directo en el camino principal, o sea, cuando es imposible proveer un carril adicional de transito de vía libre en el camino principal despu és de una entrada de dos carriles. En este caso, la separación mínima entre dos entradas sucesivas de vías de un carril, no debe ser menor de 300 m. Velocidades de diseño para rampas. Las velocidades de diseño altas para rampas, reducen el tiempo de recorrido en intercambios y mejoran las condiciones de operación para la rampa terminal, reduciendo el conflicto causado por los cambios de velocidad. Las rampas se proyectan para la velocidad de diseño deseable, según la relación de la siguiente tabla o si resulta posible inclusive para valores más altos. Valores guía para velocidad de diseño en rampas.* Velocidad de camino km/h
diseño
del
Velocidad de diseño de la
50
65
80
100
110
120
96 rampa, km/h: Deseable Mínima Radio mínimo correspondiente, m.:
40 24
55 32
70 40
80 50
96 50
96 55
46 15
90 27
168 46
210 70
315 70
315 90
Deseable Mínimo
* Fuente: “A Policy for Geometric Design of Rural Highways” .- AASHTO. Tipos de intercambios A continuación se introducen las descripciones de varios tipos de intercambios: Intercambio de tres ramales. Un intercambio en una intersección con tres ramales, consta de una o más separaciones de nivel del camino y, por lo general, vías de camino de un sentido para todos los movimientos de tráfico. Cuando dos de los tres ramales de intersección forman un camino directo y el ángulo de intersección no es agudo, se aplica el término intercambio en T. Cuando los tres ramales de convergencia son caminos directos, o el ángulo de intersección de d os ramales es pequeño, el intercambio puede considerarse un tipo Y. Independientemente del ángulo de intersección, carácter de camino directo, etc., cualquier patrón básico de intercambio puede adaptarse a condiciones muy variadas. Véase la Figura 4, que incluye ejemplos de intercambios de tres ramales.
Figura 4.- Intersecciones “T” y “Y” con separaciones de nivel Intercambio de diamante. Cuando un camino de intenso tráfico está interceptado con un camino de tráfico comparativamente ligero, con una sep aración por puente, el intercambio de diamante (Figura 5 de la siguiente página) es, en general, una solución satisfactoria. También puede aplicarse en un cruzamiento de vía urbana o calle de ciudad con una vía estructurante, en cuyo caso se introduce con frecuencia una señal de control en las rampas terminales con la calle de la ciudad o vía urbana.
97
Figura 5.- Intercambio de diamante El diseño de diamante es una de las formas mas sencillas de intercambio para todos los movimientos. Tiene cuatro rampas de un sentido, que pueden ser rectas o curvas para ajustarse mejor a las condiciones de terreno y, en general, se unen con el camino principal en un ángulo recto. Los movimientos en la línea principal de las rampas terminales son vueltas directas a la derecha. Cada rampa terminal en el camino menor es una intersección T y Y a nivel, predispuesta para un movimiento de giro a la izquierda y una a la derecha. Si el volumen de tráfico lo justifica, el cruzamiento de la calle puede dividirse, con carriles separados para los movimientos de giro a la izquierda. Intercambio de diamante partido. Esto comprende dos pares de rampas. Se provee un par en cada una de dos calles paralelas, o casi paralelas, pero no necesariamente consecutivas (Figura 6). El arreglo ayuda a distribuir el tráfico. Caminos de conexión (frontales) entre calles del cruzamiento mejoran los movimientos.
Figura 6.- Intercambio de diamante partido con calles de dos sentidos El intercambio de diamante partido funciona bien cuando a las d os calles a las que conectan las rampas están restringidas al tráfico para una dirección en sentidos opuestos (Figura 7 de la siguiente página).
98
Figura 7.- Intercambio de diamante partido con calles de un sentido Un refinamiento adicional que se utiliza con frecuencia cuando una vía rápida atraviesa una zona urbana, es la construcción de un camino colector distribuidor (CD) a lo largo de cada lado de la vía rápida. Las rampas del diamante entran y salen a lo largo de estos caminos paralelos y no en las calles de cruzamiento. En situaciones confinadas donde es necesario cruzar las rampas, de entrada y salida, es deseable un puente para separar el nivel (Figura 8).
Figura 8.-Diamante partido con caminos colectores distribuidores y puentes en cruc e de rampas.
Intercambios en hoja de trébol. Cuando se construyó la primera hoja de trébol en Woodbridge, New Jersey en 1928, se marcó una gran innovación en el diseño de intercambios. Esto eliminó todos los movimientos de vuelta la izquierda, los cuale s son la fuente principal de accidentes. Sin embargo, para enfrentarse a la velocidad y volumen del tráfico moderno, los radios de las rampas de bifurcación deben aumentarse a tal grado que la hoja de trébol con frecuencia cubre un área muy grande y requiere costoso derecho de vía (Figura 9 “a” de la página siguiente). Para una velocidad de diseño de 40 km/h, las normas de diseño requieren un radio para la bifurcación de 46 m.; para 50 km/h, el radio es de 70 m. Así, para un aumento de velocidad de solo 10 km/h, el radio aumentara más de 40% y la propiedad a utilizar, un 130%. Además, ya que el tiempo de recorrido sobre las rampas varía casi directamente con la longitud de estas, el tiempo que puede ahorrarse por aumento de velocidad se pierde por la distancia mayor que se recorre.
99
Figura 9.-“a” Hoja de trébol básica. “b” Hoja de trébol con caminos colectores distribuidores
La hoja de trébol requiere maniobras de entremezclado entre el trafico que entra y que sale en las bifurcaciones colindantes. Cuando este tráfico pasa de 1000 vehículos por hora, hay interferencia seria, la cual disminuye la velocidad del tráfico directo. Todavía mas, como rara vez es practico proporcionar más de un carril sencillo en una bifurcación, puede ser que una rampa no se ajuste a más de 800 vehículos por hora. Estas condiciones con frecuencia limitan el uso de la hoja de trébol. La capacidad de tráfico de una hoja de trébol, sin embargo, puede aumentarse con carriles colectores distribuidores ( Figura 9 “b”). El intercambio de hoja de trébol se limita, por lo común, a zonas rurales, en donde provee servicio adecuado entre una autopista y un camino principal. No se recomienda para la intersección de dos autopistas. Hoja de trébol parcial. La anticipada distribución del transito no siempre exige una hoja de trébol completa. Pueden efectuarse varias modificaciones y, en algunas, introducirse diferentes arreglos de rampa (Figura 10 de la página siguiente). Un criterio principal es que las rampas puedan arreglarse de tal manera que las entradas y salidas produzcan el menor impedimento al flujo de trafico, en el camino principal.
100
Figura 10.-Hojas de trébol parciales Este objetivo puede lograrse con, los siguientes principios. El arreglo de rampas debe enfocarse a que cada movimiento dé vuelta mediante entradas y salidas de vuelta a la derecha. Cuando la vuelta a la derecha no sea muy factible tanto para entradas como para salidas, y pueda hacerse una, debe escogerse la salida. Si el volumen de transito directo, en un camino principal, es mayor que en el camino menor que hace intersección, se da preferencia a un arreglo que sitúe las vueltas a la derecha, ya sean salidas o entradas, sobre el camino principal, aun cuando esto traiga como resultado una vuelta directa a la izquierda para el camino menor. (A Policy on Geometric Design of Rural Highways, AASHTO) Intercambios direccionales. Un intercambio compuesto solamente de bifurcaciones puede fallar en satisfacer las demandas de las vías rápidas, con sus altas veloci dades y fuertes flujos de transito. Así, el intercambio del tipo de hoja de trébol se relega generalmente para localizaciones rurales, en donde los volúmenes que dan vuelta son pequeños comparados con el volumen de tránsito directo. El tipo preferido del a rreglo, el intercambio direccional, provee conexiones directas o semidirectas entre caminos en intersección.
101
Figura 11.-Intercambios direccionales Este tipo comúnmente comprende varias separaciones de nivel. En donde varios caminos hacen intersección, pueden requerirse estructuras de tres niveles (Figura 11). Aunque las rampas individuales deben satisfacer normas aceptadas por curvatura, anchos de calzada, longitud de secciones de entremezclado, y diseño de entradas y de salidas, no hay patrones fijos para este tipo de intercambio. Cada uno se estudia como un caso especial y se diseña para reunir las condiciones de terreno y demandas de tráfico. En la Figura 11 se muestran algunos ejemplos. Los diseños para intercambios direccionales varían desde unos comparativamente simples hasta modelos complicados que se parecen a un enredado laberinto. Aunque este ultimo puede parecer que es muy complejo visto desde el aire, si se diseñan y señalan en forma adecuada, no resulta confuso a los conductores. En un inte rcambio direccional, las vueltas se hacen en la dirección en que el conductor esta acondicionado para esperarlas; por lo tanto, el conductor se encuentra solo con una decisión cada vez, y los puntos de decisión están espaciados en forma adecuada.
102 En algunas ocasiones, sobre todo en zonas rurales, el modelo de tráfico no justifica conexiones directas en más de uno o dos cuadrantes. Los movimientos de giro a la izquierda pueden resolverse satisfactoriamente mediante “azas de jarra”.
Figura 12.-Ábaco que relaciona longitud de sección de entremezclado con número de vehículos. Las curvas relacionan la longitud de sección de entremezclado con el número de vehículos que se entremezclan por hora y la velocidad de operación. Número de carriles requeridos N = (W 1 + 3W 2 + F 1 + F 2 )/C, en donde W 1 = vehículos por hora en más grande movimiento de entremezclado, W 2 = vehículos por hora en el menor movimiento de entremezclado, F 1 y F 2 = vehículos por hora en los flujos más externos, y C = capacidad de flujo normal sin interrupción para vías de camino de acceso y de salida, vehículos por hora y por carril. En general cuando un flujo pasa de 600 coches de pasajeros por hora, la sección debe ser tan ancha que provea un carril separado para este movimiento. Fuente: A Policy on Design of Urban Highways and Arterial Streets, AASHTO. Un aspecto que necesita analizarse en un intercambio direccional, es el entremezclado. El tráfico que entra o que sale debe contar con suficientemente longitud de camino para unirse, o para cruzar con el tráfico principal en la misma dirección. En la mayor parte de los casos, la calzada debe ensancharse para la sección de entremezclado. La longitud requerida de esta sección para entremezclado es una función de la velocidad de diseño y del número de vehículos que se entremezclan por hora (Figura 12). No es necesario el ensanchamiento de la calzada cuando las combinaciones de longitud y volumen sobrepasan los números establecidos en la siguiente tabla.
103
Longitudes requeridas para sección de entremez clado* †W 1 + W 2’ vehículos por Longitud hora entremezclado, m. 500 1.000 1.500 2.000
para
300 700 1.220 1.830
* A Policy on Design of Urban Highways and Arterial Streets , AASHTO. †W 1 = movimiento de entremezclado mas grande. W 2 = movimiento de entremezclado mas pequeño. En cualquier intercambio, o aproximándose a él, los conductores deben tomar solo una decisión cada vez; por ejemplo, una triple confluencia debe evitarse, y los puntos para decisión deben estar suficientemente espaciados en una esc ala de tiempo con el fin de evitar prisa y tensión indebidas. Intercambios rotatorios o glorietas. Un intercambio rotatorio con frecuencia es deseable cuando hay cinco o mas ramales de intersección y todos los movimientos, aparte del tráfico directo sobre el camino principal, pueden resolverse apropiadamente en las secciones para entremezclado. Los intercambios rotatorios, sin embargo, no son convenientes cuando van a mantenerse velocidades y volúmenes de tráfico relativamente altos en los caminos que atra viesan. En la figura 13, se muestra una glorieta con separación de niveles. Uno de los caminos que hacen intersección puede pasar por encima o por debajo de una intersección rotatoria. Con dos estructuras y cuatro rampas diagonales, se provee un intercambio completo. Las secciones para entremezclado sobre la vía de camino rotatoria, son un rasgo crítico de diseño de los intercambios rotatorios.
Figura 13.-Rotonda con separación de niveles El tráfico que sale y que entra a la ruta principal lo hace tan directamente, como en un intercambio de diamante. Los rasgos de diseño, la operación y la capacidad de la rotonda giratoria son básicamente los mismos que aquellos de u na rotonda giratoria a
104 nivel. En general, un intercambio rotatorio no necesita ocupar mas espacio que una hoja de trébol. Espaciamiento de intercambios en autopistas En las zonas rurales, el espaciamiento de intercambio debe ser tan grande como sea posible, tomando en consideración el modelo de tráfico. Esto es particularmente necesario para autopistas de peaje, en que son indeseables los tránsitos sin costo y seria antieconómico colectar peajes en entradas o salidas menores. Un espaciamiento de 40 kilómetros. no es inusual en zonas rurales. Tanto para autopistas como para vías principales, la práctica es separar con diferente nivel los caminos menores que cruzan sin proveer rampas, o relocalizarlos conectándolos a otros caminos, o darlos por terminados en la vía rápida. Para vías rápidas en zonas urbanas, sin embargo, no es simple determinar el espaciamiento satisfactorio de acceso. Con frecuencia, el tráfico exige acceso en cada calle importante que atraviesa. Si los intercambios están espaciados ampliam ente, la vía rápida no provee el servicio que se espera de ella. Por otra parte, si los intercambios están muy próximos, la fricción marginal que resulta, causa pérdida de eficiencia. Es deseable un intervalo de por lo menos, 1,2 kilómetros con los volúmen es comunes de tráfico urbano. El tráfico en las calles que intervienen puede desviar
105
