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Facultad de Ingeniería Civil
TEMA 05: INGENIERÍA DE TRÁNSITO
5.1 CLASIFICACION DE LA RED VIAL
EN EL ÁMBITO NACIONAL
Según el manual de Diseño Geométrico de Carreteras (DG 2001) aprobado por el MTC, se clasifica la Red Vial Nacional según su función, de acuerdo a la demanda o según sus condiciones orográficas, es así que:
a) Según su función , la Red Vial Nacional se clasifica en tres grandes Rubros: − Red Vial Primaria o Red Vial Nacional, que esta conformada por carreteras que unen las principales ciudades de la nación con puertos y fronteras; − Red Vial Secundaria o Red Vial Departamental, que esta constituida por la red vial circunscrita principalmente en la zona de un departamento, división política de la nación o en zonas de influencia económica, estas constituyen redes troncales departamentales; − Red Vial Terciaria o Red Vecinal, que esta compuesta por caminos troncales vecinales que unen pequeñas poblaciones. b) De acuerdo a la Demanda , tenemos: − Autopistas, carreteras con un IMDA superior a 4000 veh/día, de calzadas separadas, con uno o más carriles, con control total de accesos (ingreso y salida) que proporcional flujo vehicular completamente continuo. − Carreteras Duales o multicarril, carreteras con un IMDA superior a 4000 veh/día, de calzadas separadas, con uno, dos o más carriles; con control parcial de accesos. − Carreteras de1ra Clase, son aquellas con un IMDA entre 4000 a 2001 veh/dia de una calzada de dos carriles (DC) − Carreteras de 2da Clase, son aquellas de una calzada de dos carriles (DC) que soportan un IMDA de 2000 a 401 veh/día. − Carreteras de 3ra Clase, son aquellas de una calzada que soportan un IMDA menor a 400 veh/día − Trochas carrozables, es la categoría mas baja de camino transitable para vehículos automotores, construido con un mínimo movimiento de tierras, que el permite el paso de un solo vehículo. c) Según su condiciones Orográficas , se subdividen en cuatro − Tipo 1, permite a los vehículos pesados mantener aproximadamente la misma velocidad que los vehículos ligeros. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, es menor o igual a 10%
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− Tipo 2, es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a reducir velocidades significativamente por debajo de las de los vehículos de pasajeros, sin ocasionar el que aquellos operen a velocidades sostenidas en rampa por un intervalo de tiempo largo. La inclinación transversal del terreno normal al eje de la vía, varía entre 10 y 50%. − Tipo 3, es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a reducir a velocidad sostenida en rampa durante distancias considerables o a intervalos frecuentes. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, varía entre 50 y 100%. − Tipo 4, es la combinación de alineamiento horizontal y vertical que obliga a los vehículos pesados a operar a menores velocidades sostenidas en rampa que aquellas a las que operan en terreno montañoso, para distancias significativas o a intervalos muy frecuentes. La inclinación transversal del terreno, normal al eje de la vía, es mayor de 100%.
EN EL ÁMBITO URBANO
Un sistema vial completamente funcional provee para una serie de movimientos de distintas características dentro de un viaje. Hay seis etapas dentro de la mayoría de los viajes: movimiento principal, transición, distribución, colección, acceso y final.
La jerarquía de movimientos en áreas urbanas se ilustra en la Figura 1. Sin embargo, la clasificación de vialidades es un poco complicada en áreas urbanas, ya que debido a la alta densidad y usos de suelo, los centros específicos de generación de viajes son muy difíciles de identificar; por lo tanto se deben tomar en cuenta consideraciones adicionales, tales como continuidad de las vialidades, distancia entre intersecciones, accesibilidad, de manera de poder definir una red lógica y eficiente.
Figura 1.- Jerarquía de movimientos en Red Vial Urbana
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Todo vehículo que transita por el Sistema Nacional de Transporte Terrestre debe ser identificado de acuerdo a los parámetros establecidos en el Anexo I de la norma, a continuación presentamos un pequeño resumen:
a) VIN (Vehicle identification Number) Es el número de identificación Vehicular constituido por 17 caracteres, asignado y consignado por el fabricante conforme a la dispuesto en la Norma Técnica de ITINTEC 383.031 i norma ISO 3780, de acuerdo a lo siguiente:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Identificación Mundial del Fabricante
Corresponden a la sección descriptiva del Vehículo (VDS)
Corresponden a la sección indicativa del Vehículo (VIS)
b) Número de Chasis o serie Identifica al Chasis de los vehículos. El fabricante debe grabar este número en el chasis, bastidor o carrocería y, adicionalmente, debe consignarlo en una placa fija en el vehículo.
c) Número de Motor Identifica al motor de los vehículos, debiendo ser consignado en el motor por el fabricante del mismo.
d) Categorías
Categoría L .- Vehículos Automotores con menos de cuatro ruedas
L1 Vehículos de dos ruedas, hasta 50 cm3 y velocidad máxima de 50 Km/h
L2 Vehículos de tres ruedas, hasta 50 cm3 y velocidad máxima de 50 Km/h
L3 Vehículos de dos ruedas, de más de 50 cm3 o velocidad mayor a 50 Km/h
L4 Vehículos de tres ruedas asimétricas al eje longitudinal del vehículo, de más de50 cm3 o velocidad mayor a 50 Km/h
L
Vehículos de tres ruedas asimétricas al eje longitudinal del vehículo, de más de 50 cm3 o velocidad mayor a 50 Km/h y cuyo peso bruto vehicular no exceda de una tonelada.
Categoría M .- Vehículos Automotores con menos de cuatro ruedas o más diseñados y construidos para el transporte de pasajeros.
M1 Vehículos de ocho asientos o menos, sin contar con el asiento del conductor
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M2 Vehículos de ocho asientos o menos, sin contar con el asiento del conductor ypeso bruto vehicular de 5 toneladas o menos
M3 Vehículos de ocho asientos o menos, sin contar con el asiento del conductor ypeso bruto vehicular de más de 5 toneladas.
Los vehículos de las categorías M2 y M3, a su vez de acuerdo a la disposición de pasajeros se clasifican en:
Clase I: Vehículos construidos con áreas para pasajeros de pie permitiendo el desplazamiento frecuente de éstos. Clase II: Vehículos construidos principalmente para el transporte de pasajeros sentados y también diseñados para permitir el transporte de pasajeros de pie en el pasadizo y/o en un área que no excede el espacio previsto para dos asientos dobles. Clase III: Vehículos construidos exclusivamente para el transporte de pasajeros sentados.
Categoría N .- Vehículos Automotores con menos de cuatro ruedas o más diseñados y construidos para el transporte de mercancías.
N1 Vehículos de peso bruto vehicular de 3.5 toneladas o menos
N2 Vehículos de peso bruto vehicular mayor a 3.5 toneladas hasta 12 toneladas.
N3 Vehículos de peso bruto vehicular mayor a 12 toneladas
Categoría O .- Remolques (incluido semiremolques).
O 1 Remolques de peso bruto vehicular de 0.75 toneladas o menos
O 2
Remolques de peso bruto vehicular de más de 0.75 toneladas hasta 3.5 toneladas
O 3 Remolques de peso bruto vehicular de más de 3.5 toneladas hasta 10toneladas
O 4 Remolques de peso bruto vehicular de más de 10 toneladas
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5.3 CARACTERÍSTICAS DE LA INFRAESTRUCTURA VIAL Y SU EFECTO EN EL FLUJO VEHICULAR
Existen varios factores que influyen o afectan el flujo vehicular, entre ellos podemos mencionar: las características geométricas de la vía (ancho, pendiente, curvatura), tipo de superficie (trocha, afirmado, tratamiento superficial, carpeta asfáltica), deterioros en la vía (baches, hudimientos, ahuellamientos, etc) y la señalización o dispositivos de control de tránsito tales como semáforos y señales restrictivas.
Características Geométricas de la Vía Las características geométricas de la vía esta directamente relacionadas con la capacidad de la vía, con el tipo de vehículos que circularán por ella y con la velocidad de circulación. El ancho de los carriles, la altura libre existente en las estructuras bajo las que lasa la vía, así como otras características geométricas de la misma, limitan las dimensiones de los vehículos. De la misma manera, estas dimensiones imponen unas características geométricas mínimas a la vía.
La interdependencia entre la vía y el vehículo, tiene también lugar en lo referente a los pesos totales o por eje que afectan esencialmente al tipo y resistencia de los pavimentos y a la resistencia de las estructuras.
El ancho, la separación entre ejes y la longitud total del vehículo determinan un radio mínimo de giro; es así que para diseñar una vía es indispensable conocer el radio de la curva descrita por la rueda interior trasera o radio interior de los vehículos tipo que circularán por dicha vía.
Tipo de Superficie La superficie de rodadura es un factor que influye directamente en el tráfico, es así que la velocidad que desarrolla un vehículo que circula por una trocha carrozable, difiriere tremendamente de la velocidad que este pueden desarrollar al circular en una vía pavimentada.
Según el MTC, a diciembre del 2004, la Red Vial Nacional tiene una extensión de 78,554.04 Km y esta compuesta por 17,094.65 Km de vías nacionales 14,595.75 Km de vías departamentales y 46,863.64 Km de vías departamentales. De los 78,554 Km sólo están asfaltados 11,074 Km, es decir el 14.1% del total de la Red Vial y el 51.8% de la red Vial Nacional.
Cuadro N° .- Longitud de la Red Vial por Tipo de Superficie de Rodadura TIPO DE SUPERFICIE DE LONGITUD DE LA RED VIAL RODADURA Y SISTEMA DE CARRETERA (^1999 2000 2001 2002 2003 )
TOTAL 78,127 78,213 78,252 78,319 78,397 78, NACIONAL 16,967 17,053 17,091 17,158 16,857 17, DEPARTAMENTAL 14,251 14,251 14,251 14,251 14,251 14, VECINAL 46,909 46,909 46,909 46,910 47,289 46,
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TIPO DE SUPERFICIE DE LONGITUD DE LA RED VIAL RODADURA Y SISTEMA DE CARRETERA (^1999 2000 2001 2002 2003 )
ASFALTADO 10,189 10,574 10,745 11,044 10,038 11, NACIONAL 8,141 8,523 8,693 8,989 7,990 8, DEPARTAMENTAL 1,106 1,106 1,105 1,105 1,106 1, VECINAL 942 945 947 950 942 976 AFIRMADO 18,533 18,719 18,802 18,947 18,616 17, NACIONAL 6,640 6,762 6,816 6,911 6,642 7, DEPARTAMENTAL 6,015 6,037 6,047 6,064 6,015 5, VECINAL 5,878 5,921 5,940 5,973 5,959 4, SIN AFIRMAR 13,809 13,373 13,179 12,839 13,945 14, NACIONAL 1,860 1,502 1,342 1,063 1,899 912 DEPARTAMENTAL 4,291 4,276 4,269 4,257 4,291 5, VECINAL 7,658 7,596 7,568 7,519 7,755 8, TROCHA 35,596 35,548 35,526 35,488 35,797 36, NACIONAL 326 267 241 195 326 141 DEPARTAMENTAL 2,839 2,833 2,830 2,826 2,839 3, VECINAL 32,431 32,448 32,455 32,468 32,632 33, Fuente: Ministerio de Trasportes y Comunicaciones -MTC
Deterioros en la vía El estado de conservación de la superficie de rodadura influye en la velocidad y en la seguridad de circulación de los vehículos; por ejemplo, la existencia de baches puede ocasionar accidentes de transito.
Entre los deterioros mas frecuentes podemos mencionar:
a) Deterioros de la Superficie Bache con Pérdida de Base Es la desintegración total de la superficie de rodadura que puede extenderse a otras capas del pavimento, formando una cavidad de bordes y profundidades irregulares.
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Canalizaciones Deformación del perfil transversal, tanto por hundimiento a lo largo de los ahuellamientos como por elevación de las áreas vecinas adyacentes a las huellas. Las deformaciones presentan una configuración más amplia que los ahuellamientos.
Ondulaciones Deformaciones del perfil longitudinal con crestas y valles regularmente espaciados a distancias cortas. Generalmente están acompañadas, en los sitios críticos, por grietas semicirculares.
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Hinchamiento Abultamiento o levantamiento localizado en la superficie del pavimento, generalmente en la forma de una onda que distorsiona el perfil de la carretera.
Hundimiento Depresión o descenso de la superficie del pavimento en un área localizada del mismo.
En vías No pavimentadas, tenemos: Huecos: Los huecos resultan de aguas estancadas en la superficie de la carretera. El tráfico favorece su desarrollo. Generalmente, estorban a los vehículos cuando su tamaño alcanza el orden de 0.20 m. Su calificación resulta del tipo de las medidas correctivas requeridas (mantenimiento rutinario, recapeo o reconstrucción).
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5.4 FACTORES QUE AFECTAN LA CAPACIDAD Y VOLÚMENES DE CIRCULACIÓN
CONTINUA
La capacidad de un carril es el máximo número de vehículos que puede pasar por él, suponiendo una velocidad uniforme, generalmente se expresa en vehículos/hora.
x 1. 00 s
v c =
Donde: v : velocidad en km/h s : separación media mínima en metros entre las partes frontales de dos vehículos sucesivos, para determinar la velocidad.
Las variables v y s no son independientes. El valor de s es función de la longitud de los vehículos, del tiempo de reacción de los conductores y de la distancia de frenado, pudiendo expresarse en función de v por una fórmula del tipo:
s = a + bv + cv^2
El término independiente corresponde a la longitud de los vehículos, el término bv al tiempo de reacción de los conductores y el cv 2 a la distancia de frenado. En un estudio realizado en Inglaterra por R.J. Smeed 1 , se encontró la siguiente fórmula para la separación más frecuente en función a la velocidad:
s = 5.35 + 0.22v + 0.00094v^2
En 1950, el Bureau of Public Roads de los Estados Unidosse publicó el Manual de Capacidad, del que se distribuyeron 30,000 ejemplares traducidos a 10 idiomas, la experiencia acumulada en este manual constituyó un paso decisivo para la Ingeniería de Tráfico, que dispuso de la posibilidad de analizar cuantitativamente y con cierta seguridad los problemas de circulación. En este manual de cuyas ideas básicas continúan vigentes, se definían los siguientes tipos de capacidad:
(^1) R.J. Smeed y G Bennett: Research en road safety and traffic flow- Institute of Civil Engineers. Road Paper n° 29,
Londres 1949
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a) Capacidad básica, o máximo número de vehículos-tipo que pueden pasar por una sección dada de un carril durante una hora, en las condiciones óptimas tanto de la vía, como de los vehículos y de los agentes externos (condiciones atmosféricas y luz) b) Capacidad posible, o máximo numero de vehículos-tipo que pueden pasar por una sección dada de un carril durante una hora en las condiciones existentes del tramo de la vía considerando el tráfico que circula por ella. c) Capacidad práctica, o máximo número de vehículos-tipo que puede pasar por una sección dada de un carril durante una hora sin que la intensidad del tráfico sea tan alta que cause pérdidas de tiempo, peligro o restricciones a la maniobrabilidad de los conductores más allá de lo razonable, en las condiciones existentes del tramo de via considerado y del trafico que pasa por ella. Los valores indicados en el manual de 1950 para condiciones ideales de la vía y que a efectos de la capacidad posible se alcanzan normalmente para velocidades de 40 a 50 Km/h, son los siguientes:
− En calzadas de sentido único, la capacidad básica y posible en una vía ideal es de 2000 vehículos/hora por carril, y la capacidad práctica de 1000 vehículos/hora por carril en tramos rurales y de 1500 vehículos/hora en tramos urbanos. − En carreteras de dos carriles y doble sentido de circulación, la capacidad básica y posible para la circulación en dos sentidos es de 2000 vehículos/hora y la practica de 900 vehículos/hora y 1500 vehículos/hora entramos rurales y urbanos respectivamente.
La infraestructura vial, sea esta una vía rural o calle, puede ser de circulación continua o discontinua. Los sistemas viales de circulación continua no tienen elementos fijos externos al flujo de tránsito, tales como semáforos, que producen interrupciones en el mismo. Los sistemas viales de circulación discontinua tienen elementos fijos que producen interrupciones periódicas del flujo de tránsito, tales como semáforos, las señales de alto y otros tipos de regulación
Dependiendo del tipo de infraestructura a analizar se debe establecer un procedimiento para el cálculo de su capacidad.
Niveles de servicio Para medir la calidad del flujo vehicular se usa el concepto de nivel de servicio, que es una medida cualitativa que describe las condiciones de operación de un flujo vehicular, y de su percepción por los conductores y/o pasajeros. Estas condiciones se describen en términos de factores tale como velocidad y el tiempo de recorrido, la libertad de maniobras, la comodidad, la conveniencia y la seguridad vial.
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 seis niveles de servicio denominados: A, B, C, D, E y F, que van del mejor al peor. Las condiciones de operación de estos niveles, para sistemas viales de circulación continua se ilustran a continuación:
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El nivel D corresponde a situaciones que empiezan a ser inestables, es decir, en que se producen cambios bruscos e imprevistos en la velocidad, y la maniobrabilidad de los conductores está ya muy restringida por el resto del tráfico. En esta situación unos aumentos pequeños de la intensidad obligan a cambios importantes en la velocidad. Aunque la conducción ya no resulte cómoda, esta situación puede ser tolerable durante períodos no muy largos.
El nivel E supone que la intensidad de tráfico es ya próxima a la capacidad de la vía, y las velocidades no pueden rebasar normalmente los 50 Km/h. Las detenciones son frecuentes, siendo inestables o forzadas las condiciones de circulación.
Por último el nivel F, corresponde a una circulación muy forzada a velocidades bajas y con colas frecuentes que obligan a detenciones que pueden ser prolongadas. El extremo de este nivel F es la absoluta congestión de la vía, lo que normalmente se alcanza durante las horas punta en muchas vías céntricas de las grandes ciudades.
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Factores que afectan la capacidad La características de la mayor parte de las vías rurales y urbanas y del trafico que las utiliza difieren mas o menos de las que se consideran ideales desde el punto de vista de capacidad. Por ello es preciso aplicar una serie de factores de corrección para tener en cuenta la forma en que afectan la capacidad las diferencias que existen entre las circunstancias reales y las teóricas ideales. A veces, estos factores son a su vez función del nivel de servicio que se pretende.
Unos factores se refieren a las vías en si y otros a las características del tráfico, aunque no siempre son independientes, como por ejemplo en el caso de la influencia de las pendientes y de la proporción de camiones que utiliza una determinada vía.
a) Factores que se refieren a las características de las vías. i. Ancho de carriles El ancho ideal de un carril es de 3.50 m. Si es menor, en carreteras de dos carriles, el adelantamiento es algo más difícil y la maniobra suele ocupar durante más tiempo el carril destinado al tráfico que circula en sentido opuesto; en calzadas de varios carriles un porcentaje mayor de vehiculos ocupa parte de los carriles adyacentes. A continuación se presenta una tabla que relaciona el ancho del carril con el % de capacidad.
Ancho del Carril % de la capacidad con carriles de 3.50 m (m) (^) Carreteras de dos carriles Vías de 4 o más carriles
100 88 81 76
100 97 91 81 Fuente: Highway Capacity Manual
ii. Obstáculos laterales a la calzada y ancho de bermas Cualquier obstáculo lateral a la calzada próximo al borde, excepto un bordillo montable de 15 cm, produce cierto efecto de estrechamiento. Un ejemplo de la influencia de la influencia de los obstáculos laterales, se recoge de la tabla siguiente, para carreteras de dos carriles. En la práctica estos coeficientes se engloban en otros que reflejan conjuntamente el ancho de los carriles y que se dan al definir los niveles de servicio de los distintos tipos de vías.
Distancia al obstáculo desde el borde de la calzada (a ambos lados) (m)
Ancho efectivo de dos carriles de 3.50 m
Capacidad de una vía de dos carriles de 3.50 m %de la capacidad ideal
0
7.00 m 6.60 m 6.00 m 5.10 m
100 92 83 72
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ii. Autobuses Los autobuses influyen desfavorablemente en la capacidad de forma análoga, aunque menos acusada, que los camiones.
Factores Medios De Equivalencia De Distintos Tipos De Vehículos En Función De La Clase De Vía Que Utilizan Tipo de vehiculo Rurales Urbanas Tramos de trenzado Intersecciones consemáforos Coches Camiones medios Camiones pesados Autobuses Motos Bicicletas
1 3 3 3 1
1
3
1
1
Fuente: Research on Road Traffic, Road Research Laboratory, Londres 1965
iii. Distribución del tráfico en los carriles de una calzada La intensidad de trafico en cada uno de los carriles de una calzada de autopista o arteria principal no es la misma. Cuando se llega a situaciones próximas a la saturación, en una autopista con calzada de tres carriles, son típicas intensidades de 1700 vehículos/hora en el carril derecho, 2100 en el carril central y de 2200 en el carril izquierdo. En general se suelen usar los carriles izquierdos, sobre todo en los niveles de servicio más altos.
iv. Variación de la intensidad de tráfico dentro de una hora Las cifras de capacidad normalmente se refieren a intensidades horarias, aunque la intensidad de tráfico no es uniforme durante los 60 minutos de una hora. Con intensidades elevadas, las puntas acusadas dentro de la hora pueden reducir la capacidad horaria total. Para valorar este efecto, el manual de capacidad considera un factor de hora punta, que se determina en las autopistas por la relación entre el tráfico que pasa durante una hora y 12 veces el tráfico que pasa en 5 minutos de mayor intensidad. Para carreteras rurales hay menos experiencias en la valoración de este fenómeno, que además no interesa tanto, generalmente por que en ellas no es frecuente que las intensidades de tráfico alcancen valores próximos a la capacidad.
v. Interrupciones de circulación. Cuando los vehículos están detenidos por cualquier interrupción, no es normal que puedan luego moverse a un ritmo superior a 1500 vehículos por carril. Como en condiciones de circulación continua la capacidad es de 2000 vehículos/hora es evidente que una brusca interrupción del tráfico, aunque sea corta, puede producir colas, ya que origina una disminución importante de la capacidad.
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Definiciones Las siguientes definiciones son comúnmente usadas en Ingeniería de Tránsito:
Volumen : Cantidad de vehículos que pasa sobre una sección de vía durante un periodo de tiempo.
TPDA ó VDPA ó IMDA: Volumen diario promedio anual VDPA = (Volumen Anual Total)/
TPDS o VDPS: volumen promedio diario semanal VDPS = (Volumen semanal)/
VDP : Volumen diario promedio VDP = Volumen Total en “N” días/ N
Volumen en Hora de Máxima Demanda : Es el cantidad de vehículos que pasa sobre una sección de vía durante 60 minutos consecutivos.
VHDD : Volumen Horario Direccional de Diseño VHDD = VDPA x K x D donde, K = % de VDPA en la hora de máxima demanda D = % de volumen en la hora de máxima demanda en la dirección mas marcada.
Tasa de Flujo : Expresión horaria del de la cantidad de vehículos que pasa por una sección de vía por un periodo menor a una hora
Factor de la Hora de Máxima Demanda : relación del volumen de la hora de máxima demanda a la tasa de volumen máxima dentro de la hora pico
FHMD = (Volumen en la Hora de Máxima Demanda) / (4 x Vol. Max. 15 min.)
Velocidad : Tasa de movimiento del tránsito
Velocidad de Punto : Velocidad a la cual un vehículo pasa un punto en la vía.
Velocidad de Marcha : Distancia total recorrida dividida por el tiempo requerido en recorrerla.
Velocidad de Marcha Promedio : Distancia total recorrida por todos los vehículos en el volumen de tránsito, dividida por el tiempo de viaje total para todos los vehículos.
Velocidad de Proyecto : Es la velocidad máxima (segura) que se puede mantener sobre un tramo especifico de vía cuando las condiciones son lo suficientemente favorables para que las características de diseño de la vía gobiernen la operación del vehículo.
Densidad: Cantidad de vehículos ocupando un tramo de vía en un instante dado (VPK)
