Tema 87 Educación y Seguridad Vial



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OEP 2013

Especialidad: Gestión Técnica del Tráfico

Elaborado en 2011

TEMA 20




PARAMETROS FUNDAMENTALES DEL TRAFICO II.VELOCIDAD. DEFINICIONES. VELOCIDAD DE PERCENTIL 85. TIEMPOS DE RECORRIDOS Y DEMORAS. RELACIONES ENTRE LA INTENSIDAD, LA VELOCIDAD Y LA DENSIDAD.
1. INTRODUCCIÓN
2. VELOCIDAD: SU CONCEPTO
3. VELOCIDAD. DEFINICIONES. VELOCIDAD DEL PERCENTIL 85

3.1. Definiciones de velocidad local, de circulación y de recorrido.

3.2. Formas de medir las velocidades.

3.3. Velocidad del percentil 85.

3.4. Otros conceptos de velocidades: de proyecto y de servicio.

3.5. Influencia de la velocidad en la inseguridad en la circulación.


4. VELOCIDAD EN FUNCIÓN DEL TIPO DE VÍA
5. TIEMPOS DE RECORRIDO Y DEMORAS

5.1. Definición de tiempos de recorrido.

5.2. Velocidades medias en tiempo y espacio.

5.3. Definición de demora.

5.4. Medidas de tiempo de recorrido y demora.
6. RELACIONES ENTRE LA INTENSIDAD, VELOCIDAD Y DENSIDAD

6.1. Relación básica entre las tres magnitudes.

6.2. Relación entre velocidad y densidad.

6.3. Relación entre velocidad e intensidad.


1. INTRODUCCIÓN


La ingeniería de tráfico tiene como principales objetivos el planeamiento, el trazado y la explotación de las redes viarias, de forma que la circulación de personas y mercancías sea segura, rápida y económica.

Dentro de los objetivos señalados pueden separarse dos aspectos: el planeamiento de redes viarias, si se trata de proyectar redes de carreteras para necesidades futuras, y la ordenación y regulación del tráfico en redes existentes, si se trata de resolver problemas actuales o previsibles a corto plazo. En ambos casos es necesario conocer previamente las características de la circulación.

Así, las técnicas de la ingeniería de tráfico pueden clasificarse en tres grupos: planeamiento de redes futuras, ordenación del tráfico existente y estudio y análisis de la circulación. En el presente tema nos ocupamos del estudio y análisis de la circulación.

El objetivo del estudio de la circulación es deducir las relaciones que existen entre las características del tráfico y el trazado de la red y las normas de regulación que se utilicen. Para obtener los datos necesarios se han desarrollado una serie de técnicas de medida, utilizando sistemas y aparatos de medición.

Las tres variables fundamentales del tráfico son: la intensidad, la velocidad y la densidad de tráfico. Otra variable que también se utiliza habitualmente en el mundo del tráfico es la composición o clases de vehículos que forman la corriente de tráfico, en especial para determinar el porcentaje de vehículos pesados. Hay otras características, también interesantes para definir el tráfico, como son la separación entre vehículos (medida en unidades de longitud), el intervalo (medida en unidades de tiempo) y la ocupación. En este tema sólo se analizará la Velocidad, si bien se estudiarán las relaciones entre intensidad, velocidad y densidad. Estos tres conceptos son válidos tanto para tráfico en vías urbanas como en vías interurbanas. La circulación por estos tipos de vía puede ser de 2 tipos: continua y discontinua.

Entendemos por circulación continua, al tipo de circulación en el que no existen elementos de regulación fijos externos al flujo de tráfico, tales como semáforos, que obliguen a detenerse a los vehículos. Las condiciones de circulación son el resultado de las interacciones entre los vehículos y entre estos y las características geométricas y ambientales de la vía. Las detenciones que puedan presentarse se producen por causas internas de la propia corriente del tráfico, como puede suceder en el caso de que se produzca un accidente, alcance o avería.

Entendemos por circulación discontinua, cuando existen unos elementos fijos que producen interrupciones periódicas en la circulación vial. Los semáforos, señales de STOP, y otros tipos de regulación son algunos de estos elementos. Estos equipos obligan a parar (o al menos a reducir la velocidad significativamente) a la circulación en un momento dado.

La mayoría de los conceptos desarrollados en este tema, se refieren a condiciones de circulación continua.


2. VELOCIDAD: SU CONCEPTO


La velocidad se define como la medida de movimiento expresada en distancia por unidad de tiempo, generalmente como quilómetros por hora (km/h).

Es una medida importante de la calidad del servicio proporcionado al conductor a través del tiempo que se tarda en un desplazamiento y en la seguridad en la circulación. Se utiliza como una medida de eficacia importante que define los niveles de servicio en muchos tipos de vía, como son las carreteras de dos carriles, las autopistas, etc.

Así mismo la limitación de la misma según el tipo de vía y sus características están continuamente presentes para los conductores.

3. VELOCIDAD. DEFINICIONES. VELOCIDAD DEL PERCENTIL 85


3.1. Definiciones de velocidad local, de circulación y de recorrido.

La velocidad es una variable fundamental del tráfico y la de definición más compleja. Cuando hablamos de velocidad, podemos referirnos a la de un vehículo determinado, a la de un grupo de vehículos o a una magnitud que tiene en cuenta las circunstancias de la circulación y de la vía.

La velocidad de un determinado vehículo puede definirse de tres formas fundamentales:


  • “Velocidad local o instantánea”, es decir la velocidad de un vehículo al atravesar una determinada sección de una vía.

  • “Velocidad de Circulación” (Vc), que es el cociente entre la distancia recorrida en un tramo determinado y el tiempo en que el vehículo está en movimiento.

  • “Velocidad de recorrido” (Vr), que es el cociente entre la distancia recorrida en un tramo determinado y el tiempo que transcurre desde el instante en que el vehículo inicia el viaje hasta que llega a su destino, incluyendo las posibles detenciones y retrasos debidos al tráfico.

Todas estas velocidades pueden referirse bien a todos los vehículos, o bien a los de una clase determinada: turismos, camiones, etc.

Midiendo las velocidades de varios vehículos se pueden determinar distribuciones de frecuencia de estas velocidades. Si se miden las velocidades de los vehículos cuando pasan por un punto determinado de la carretera se obtiene una distribución que llamamos temporal. Cuando se miden las velocidades de todos los vehículos en un instante dado se obtiene la distribución espacial. Por la facilidad de medir la velocidad de los vehículos que pasan por un determinado punto, se suelen utilizar distribuciones y medias temporales. Con los medios actuales indicar dos sistemas fáciles de obtener estas velocidades. Uno de ellos es mediante radares fijos que se colocan en una determinada sección de la carretera y miden la velocidad de todos los vehículos que pasan por esa sección de carretera. Mediante sistemas de almacenamiento se tienen las velocidas de todos los vehículos y la distribución temporal correspondiente. Otro método para obtener las velocidades en una sección de carretera es mediante dos lazos inductivos separados una cierta distancia que permite mediante detectores medir las velocidades y obtener la distribución temporal correspondiente.



3.2. Formas de medir las velocidades.

Ahora bien, en Ingeniería de Tráfico, lo que interesa no es la velocidad de un vehículo aislado sino de un grupo de vehículos. Hay dos formas de obtener los valores medios:

a) La primera es medir las velocidades instantáneas o locales de todos los vehículos que pasan por una sección determinada y obtener la media en un cierto período. Se obtiene así una velocidad media instantánea o local en el tiempo, que adopta el nombre de Velocidad Media Temporal (Vt) mediante la fórmula:

Vj

Vt= ___


n

siendo n es el número de vehículos observados y vj la velocidad local del vehículo j.

Hay diversos procedimientos de medida de las velocidades instantáneas al pasar por un punto de la carretera.

La forma más simple es establecer dos marcas en la calzada y medir el tiempo que tarda el vehículo en pasar de una a otra. Si se emplean medios electrónicos para medir el tiempo las bases de medida son muy cortas, de unos pocos metros. Para ello se colocan dos detectores que pueden ser dos tubos de goma para instalaciones provisionales o detectores de lazo electromagnético en instalaciones fijas. En este caso la distancia entre detectores suele ser de dos metros y medir la velocidad de los vehículos con gran exactitud, con un error de orden del 1 por ciento. Los aparatos están dotados de un sistema de registro y almacenamiento de las medidas y pueden obtener estadísticas de la distribución de las velocidades. En la figura 20.1 se muestra la disposición de los detectores de calzada mediante lazo inductivo.

Otros aparatos muy utilizados son los basados en el principio del radar, que tienen la ventaja de no necesitar detectores sobre la calzada de la carretera. El aparato lleva incorporada una antena que envía un haz de ondas que se reflejan en el vehículo y son recogidas de nuevo por la antena; a causa del efecto Döppler, el haz de ondas reflejadas tiene una frecuencia distinta de la del haz emitido, siendo directamente proporcional la diferencia de frecuencias a la velocidad del vehículo. Con este tipo de aparatos se mide la velocidad con una gran precisión siendo el error del 1 por ciento. Pueden instalarse en el borde de la calzada o bien dentro de un vehículo. Se emplea principalmente por la policía de tráfico para detectar excesos de velocidad. También se pueden realizar estadísticas de distribución de velocidades con los datos almacenados.

También puede medirse la velocidad de los vehículos obteniendo imágenes de la carretera y midiendo la distancia recorrida entre dos imágenes sucesivas en un ordenador programado adecuadamente. Con este sistema se miden las velocidades de los vehículos que hay en el tramo visionado en un momento dado y a su media se la denomina Velocidad Media Espacial (Ve).

Para estudiar el conjunto de medias realizadas, conviene clasificar las velocidades por grupos de vehículos homogéneos, separando motos, turismos, camiones etc. Para cada una de estas categorías se puede obtener la distribución de frecuencias de las velocidades, contando el número de vehículos cuya velocidad está comprendida en intervalos que generalmente son de 5 km/h. Se adjunta figura tipo de distribución de frecuencias acumuladas de velocidades. Para ciertas aplicaciones prácticas resulta necesario conecer la velocidad correspondiente a un determinado percentil (generalmente el 85 por ciento).

b) Otro sistema es considerar un cierto tramo de vía de longitud L y hallar la media de los tiempos empleados por un grupo de n vehículos en recorrer el tramo: se obtiene así una “velocidad media en un tramo”. Esta es la manera más habitual de medir la velocidad, por su facilidad de cálculo en base a la observación de vehículos individuales del flujo, y por ser la medida estadísticamente más relevante en las relaciones con otras variables. Así, si los tiempos de recorrido medidos para los n vehículos que recorren un segmento de longitud L son t1, t2, t3, tn, la velocidad media del recorrido será:

V= L / (t1+ t2+ ... + tn)/ n = n . L / (t1+ t2 +..+ tn)

siendo:


V= la velocidad media de recorrido, en km/h.

L= la longitud del segmento de carretera en k.

ti= el tiempo de recorrido del i-ésimo vehículo que recorre la sección, en horas; y

n= el número de tiempos de recorrido obrservados.

Considérese un segmento de carretera de un kilómetro por el que circulan vehículos con los siguientes tiempos de recorrido observados:

1,0 min (0,0167 h)

1,2 min (0,0200 h)

1,7 min (0,0283 h)

1,1 min (0,0183 h)

El tiempo medio de recorrido es de (0,0167 + 0,0200 + 0,0283 + 0,0183)/4 = 0,0208 h. La velocidad media de recorrido es la distancia (1 km) dividida entre este tiempo: V = 1,0 km/0,0208 h = 48 km/h.

Es importante destacar que estos tiempos de recorrido utilizados en el cálculo anterior incluyen las demoras por las paradas producidas por interrupciones completas y por la congestión del tráfico. Son, pues, tiempos totales empleados en recorrer el segmento definido. La velocidad media de recorrido no debe confundirse con otra medida similar, la velocidad media en movimiento, definida como la distancia dividida entre el tiempo medio que al recorrer la distancia se permanece en movimiento. El “tiempo medio en movimiento”, incluye únicamente la fracción de tiempo durante el cual el vehículo está en movimiento. En vías de circulación continua que operen en estado no congestionado las velocidades medias de recorrido y en movimiento son iguales.

Cuando todos los vehículos circulan a velocidad uniforme, las dos velocidades medias son idénticas, pero si no es así, siempre es algo mayor -de un 1 a un 6 por 100 generalmente- la velocidad media local en el tiempo. La razón de esto es que en la velocidad media de recorrido en un tramo tienen mayor peso relativo los vehículos lentos, que ocupan durante un tiempo más prolongado el tramo de vía que se considera.

.

3.3. Velocidad del percentil 85.

La “velocidad del percentil 85” es aquella que sólo es sobrepasada por el 15% de los vehículos, considerando sólo los de turismo que son los más rápidos. Esta velocidad suele ser alrededor de un 20% superior a la velocidad media. Se suele considerar como velocidad de proyecto para muchos estudios de trazado o regulación, puesto que si se considerara la velocidad media como velocidad de proyecto sería superada por el 50 por ciento de los vehículos.

Ejemplos de distribuciones de la velocidad de circulación en carreteras de dos carriles se indican en la figura de distribución de las velocidades.

3.4. Otros conceptos de velocidades: de proyecto y de servicio.

Otros conceptos de velocidades tienen también en cuenta las circunstancias de la vía.



  1. La “velocidad de proyecto”, o aquella que se toma como base para definir los elementos geométricos de la vía: radios de curvas, horizontales y verticales, distancias de visibilidad y peraltes. La velocidad de proyecto permite definir las caracteríticas mínimas del trazado de un tramo. Cuanto mayor sea la velocidad de proyecto, mayores serán las dimensiones de los elementos de la carretera considerada y menores sus curvaturas e inclinaciones. Los valores de la velocidad de proyecto suelen depender de los siguientes factores:

  • condiciones del entorno, especialmente el relieve del terreno

  • consideraciones ambientales

  • función de la vía dentro del sistema de transporte

  • homogeneidad del trayecto

  • condiciones económicas

En los ramales de los enlaces y en las vías de servicio se emplean velocidades de proyecto mucho menores.

  1. La “velocidad de servicio”, que es aquella a que se puede circular por una determinada vía en situaciones atmosféricas favorables, en las condiciones de circulación existentes en cada momento y dentro de unos márgenes razonables de seguridad. Este concepto de velocidad tiene gran interés en la definición de la capacidad y de los niveles de servicio de los distintos tipos de calles y carreteras.

3.5. Influencia de la velocidad en la inseguridad en la circulación.

La velocidad de circulación desempeña un papel importante tanto en la frecuencia como, sobre todo, en la gravedad de los accidentes. La relación entre la velocidad y la inseguridad de la circulación tiene varios aspectos:



  • la distancia recorrida por un vehículo mientras su conductor reacciona ante cualquier información (por ejemplo , la percepción de un ostáculo y decidir esquivarlo o frenar) aumenta con la velocidad.

  • Las posibilidades de recuperar el control de un vehículo que se salga de la plataforma, disminuyen con el aumento de la velocidad.

  • Cuanto mayor sea la velocidad de aproximación a una curva, mayor es la inseguridad potencial en ésta.

  • En una intersección, las posibilidades de una maniobra evasiva son mayores cuanto menor es la velocidad.

  • La gravedad de un accidente aumenta con la velocidad con la que se produce el impacto contra un obstáculo fijo o móvil o con el suelo en caso de vuelco. Esa velocidad final depende de la que llevaba el vehículo inicialmente, si bien resulta difícil de determinar con precisión en un accidente concreto. Aunque es difícil de proponer unas conclusiones absolutas, parece que el riesgo de muerte es ya apreciable para los ocupantes no provistos de cinturón de seguridad y para los peatones, si la velocidad final del vehículo implicado en un accidente es de 25 km/h. Para los ocupantes provistos de un cinturón de seguridad esta velocidad se eleva a 40 km/h. La probabilidad de muerte alcanza un 50 por ciento a unos 50-55 km/h para el primer grupo y a más de 65 km/h para el segundo grupo. La gravedad de los accidentes aumenta marcadamente a partir de una velocidad inicial de 100- 110 km/h.

  • Otro factor que resulta determinante en la frecuencia de los accidentes es la dispersión de las velocidads de los vehículos que circulan en un mismo sentido.

La imposición de un límite de velocidad, tanto genérico (según el tipo de vía) como específico (en un emplazamiento concreto) para ser eficaz requiere un sistema de vigilancia y sanciones que lo haga cumplir. Aún así, el límite debe parecer razonable y no ser excesivamente restrictivo; de lo contrario, resulta poco creible, sirviendo para aumentar el número de infractores.



4. VELOCIDAD EN FUNCIÓN DEL TIPO DE VÍA

El concepto que un conductor tiene de una determinada vía depende mucho de la velocidad a que puede circular por ella.

En carreteras importantes, los conductores en general no se conforman si no pueden circular a 100-120 km/h. En las zonas urbanas, se aceptan condiciones de mayor restricción, no estando bien definidos los límites que son generalmente aceptables.

El tipo de calle o carretera condiciona naturalmente las velocidades medias y también la dispersión que se observa en su distribución.

Las mayores velocidades corresponden a las autopistas, siendo bastante parecidas en todos los países.

En otras vías, las velocidades son inferiores, correspondiendo las más bajas a las zonas urbanas. En los centros urbanos y durante las horas punta son normales velocidades de 10 a 15 km/h., y aún se llega a cifras más bajas en algunos casos.

Las observaciones realizadas indican que las velocidades máximas que se alcanzan de día y de noche son del mismo orden: sin embargo, por la noche la dispersión es mayor, es decir, que una parte considerable de los conductores reduce la velocidad.

En cuanto a la influencia de la posición de los vehículos en las calzadas que comprenden varios carriles en un solo sentido, se ha observado que por el carril de la derecha se circula algo más lentamente (5 a 10 km/h más despacio) y si hay tres carriles, por el de la izquierda algo más rápidamente (5 a 6 km/h más deprisa que por el carril central).

Hay que señalar que cuando la intensidad de tráfico es baja puede apreciarse mejor la influencia del trazadado de la carretera. En las carreteras de buen trazado, especialmente en autopistas, las velocidades medias de los coches superan los 120 km/h y la de los vehículos pesado los 90 km/h. En estas vías se aprecian diferencias notables de la velocidad media entre los distintos carriles de la calzada. En carreteras de calzada única con dos carriles, la velocidad media de los coches es del orden de los 100 km/h en vías con buen trazado, pero pueden ser inferiores a 60 km/h si el trazado es sinuoso. La velocidad media de los vehículos pesados que en llano puede ser de 80 km/h, se reduce mucho en las rampas.

En las zonas urbanas las velocidades son mucho menores que en carreteras, debido a la mayor congestión y la existencia de semáforos, pasos de peatones, etc. En el centro de las ciudades la velocidad media de recorrido suele ser inferior a 20km/h.

Los factores climaticos desfavorables (lluvia, niebla etc) hacen disminuir la velocidad.

5. TIEMPOS DE RECORRIDO Y DEMORAS

5.1. Definición de tiempos de recorrido.

En los accesos a las ciudades y en zonas urbanas la velocidad de los vehículos es muy variable, llegando a detrenerse e incluso permanecer inmóvil. El trabajar con las velocidades instantáneas o locales no suele ser útil, por lo cual es preferible trabajar con tiempos de recorrido. Se entiende por tiempo de recorrido, el tiempo empleado por un vehículo en desplazarse entre dos puntos fijos separados una cierta longitud. La velocidad de recorrido será la relación entre la longitud del viaje y el tiempo de recorrido.

La tecnología actual mediante lectores de matrículas situados en secciones de las carreteras separadas varios kilómetros ayudados por cronómetros de elevadísima precisión permite medir la velocidad de cada vehículo en el tramo considerado lo que puede ser utilizado para sancionar a los vehiculos que sobrepasen la velocidad permitida y calcular el tiempo de recorrido de los vehículos en dicho tramo.

5.2. Velocidades medias en tiempo y espacio.

Cuando se miden los tiempos empleados por cada vehículo en recorrer una cierta longitud, hallando luego la media de las velocidades individuales, se obtienen velocidades medias en el tiempo (velocidad media local). Si por el contrario, se obtiene primero la media de los tiempos empleados por cada vehículo y la velocidad se halla dividiendo la longitud recorrida por este tiempo medio, se obtiene la velocidad media en el espacio.

La primera es realmente un valor medio de velocidades: la segunda, un valor medio de tiempos de recorrido.

Es interesante tener esto en cuenta en los estudios de tráfico, para seguir siempre uno de los dos procedimientos, aunque cualquiera de ellos puede utilizarse, siempre que se mantenga a lo largo de un mismo estudio.

La ventaja de operar con tiempos, es que los tiempos pueden sumarse directamente y las velocidades no, lo que hace que en estudios urbanos sea generalmente más cómodo trabajar con tiempos que con velocidades. En cambio, las medias obtenidas con velocidades son más estables que los tiempos, y como consecuencia de ello, para un mismo grado de fiabilidad basta una muestra más reducida.

5.3. Definición de demora.

Cuando se mide el tiempo de recorrido conviene distinguir el tiempo de vehículo en movimiento y el tiempo de vehículo parado. La demora es una medida crítica de las prestaciones existentes en vías con circulación discontinua y en accesos a grandes ciudades. La palabra demora puede significar muchas cosas. La demora media por detención es la medida de eficacia principal utilizada en la evaluación del nivel de servicio en las intersecciones semaforizadas.



La demora por detención es el tiempo que un vehículo permanece parado en una cola mientras espera su turno para pasar por la intersección.

La demora media por detención es la demora por detención total de todos los vehículos de un acceso o de un grupo de carriles durante un tiempo dado dividida entre el volumen total que entra en la intersección por el acceso o grupo de carriles durante el mismo período, expresada en segundos por vehículo.

Se utiliza la demora por detención porque es un parámetro relativamente sencillo de medir y conceptualmente simple. La demora debida a la circulación a velocidades inferiores a las deseadas es difícil de obtener pues requeriría la determinación de una velocidad deseada razonable para cada segmento de carretera.



5.4. Medidas de tiempo de recorrido y demora.

Una medida del comportamiento del tráfico en un tramo determinado de carretera es el tiempo empleado por los vehículos en recorrerlo; por ello se busca obtener el valor medio de su tiempo de recorrido.

Existen diversos procedimientos para medir tanto los tiempos de recorrido como las demoras. Un método poco exacto se puede emplear tanto en tramos cortos como en demoras de intersecciones y es el siguiente: se cuenta el número de vehículos que hay en el tramo en intervalos de tiempo cortos (de menos de un minuto) y se calcula el valor medio en un período largo. Si se divide ese valor medio por la intensidad de tráfico se obtiene el tiempo medio de recorrido. En las intersecciones se cuenta el número medio de vehículos parados y se divide por la intensidad de tráfico para obtener el tiempo de demora.

En tramos largos lo que se hace es colocar en la entrada y salida de mismo equipos de observadores que anotan matrículas y el instante en que entra y sale cada vehículo. Por comparación se obtienen los tiempos empleados por los vehículos y se halla el tiempo de recorrido medio.

Otra forma de medir tiempos de recorrido y demoras en intersecciones de tramos largos es el empleo de un vehículo que haga el recorrido y con personal con cronómetro que en una serie de puntos de control anote tiempos empleados y distancias recorridas. La velocidad del vehículo puede regularse bien procurando llevar la velocidad de la media de los vehículos (método del coche medio) o bien por el método del coche flotante (igual número de coches adelantados que el de coches que le adelantan) que no siempre es facil de obtener. Se hacen entre 5 y 10 recorridos con el véhículo y se obtienen los tiempos medios de recorrido.

Cuando se trata de obtener tiempos de recorrido en tramos de carreteras con sistemas de gestión de tráfico se utilizan métodos automáticos para la obtención de los mismos. El método más preciso es el que se realiza mediante el reconocimiento de matrículas en cámaras de video situadas en diversas secciones de los tramos que se consideren. Se analizan de forma contínua las imágenes captadas buscando la aparición de un vehículo. Una vez capturada la imagen del vehículo ésta pasa por un sistema de reconocimiento de caracteres (OCR) que determina la matrícula del vehículo que ha pasado. Cuando el procesador tiene los caracteres de la matrícula, éstos se envían al servidor del sistema que será el que realice el tratamiento posterior. En el sistema de cálculo se parte de diversos OCR´s a lo largo de la carretera. Cada OCR envía los datos hacia un servidor. El servidor contrasta los datos recibidos con todos aquellos puntos que componen un recorrido, calculando, al encontrar coincidencias de matrículas en los diversos puntos, el tiempo que ha tardado en producirse esta coincidencia y mediante un sencillo cálculo determinar el tiempo medio de recorrido en el tramo considerado.



6. RELACIONES ENTRE LA INTENSIDAD, VELOCIDAD Y DENSIDAD

Se define como intensidad de tráfico al número de vehículos que pasan a través de una sección fija de la carretera por unidad de tiempo. Las unidades más usadas son las de vehículos/hora (intensidad horaria) y vehículos/día (intensidad diaria).

Se entiende por densidad de tráfico al número de vehículos que ocupan un tramo de carretera de longitud dada, en un instante concreto. Se suele medir en vehículos/km. El valor máximo de la densidad tiene lugar cuando todos los vehículos están en fila sin huecos entre ellos y lógicamente depende de la longitud media de los vehículos.

Es difícil medir directamente la densidad en el campo, pues es necesario contar con un punto elevado desde el que se pueda fotografiar, videofilmar,o divisar tramos de vía de longitud significativa. Se puede calcular, sin embargo a través de la velocidad media de recorrido y de la intensidad de circulación, que son de más sencilla medición. A partir de de la fórmula:

I = V x D

en donde:

I = intensidad de circulación, en veh./h

V = velocidad media de recorrido, en km/h; y

D = densidad, en vh./km.

La densidad es un parámetro crítico en la descripción de las operaciones de tráfico. Describe la proximidad entre los vehículos, y refleja la libertad de maniobra dentro de la corriente de tráfico.

En los sistemas de control de tráfico se usa frecuentemente el parámetro de ocupación de carretera como sucedáneo de la densidad porque es de más fácil medida. Se define como ocupación espacial la proporción de la longitud de carretera ocupada por los vehículos y la ocupación en tiempo como la proporción de tiempo que una sección transversal de carretera está ocupada por vehículos.

6.1. Relación básica entre las tres magnitudes.

Entre las magnitudes de tráfico anteriormente estudiadas existen relaciones que permiten deducir una de ellas a partir de las otras. La ecuación I = V x D que expresa la relación básica entre los tres parámetros descriptores de la corriente de tráfico se deduce de la propia definición de dichas magnitudes. Aunque dicha ecuación permite algebraicamente la existencia de un número infinito de combinaciones de velocidad y densidad para cada intensidad, existen otras relaciones que limitan la variedad de condiciones de circulación posibles en un tramo determinado y que se han obtenido empiricamente a partir gran número de datos recogidos de estudios reales.



6.2. Relación entre velocidad y densidad

El tipo de relación entre velocidad y densidad que se deduce de la fórmula anterior indica que:



  • si la densidad es pequeña, los pocos vehículos que están en la carretera pueden circular muy separados y llevar la velocidad que quieran sus conductores sin que ningún otro interfiera, con lo que la velocidad de los vehículos podría ser tan alta como lo permitieran las características de la carretera y del propio vehículo.

  • Con densidades mayores hay dificultades para mantener la velocidad deseada por la existencia de vehículos más lentos; es decir, a mayor densidad de tráfico menor velocidad media.

En la figura se muestra la forma general que adoptan estas relaciones y que constituyen la base para el análisis de la capacidad de las vías de circulación continua. Aunque la forma de estas relaciones es similar en todas las vías de circulación continua, la forma exacta de estas curvas y su calibración numérica depende de las condiciones prevalecientes del tráfico y la carretera existente en el tramo en estudio. Las curvas calibradas para instalaciones concretas pueden ser discontinuas cerca del punto de capacidad.

Del examen de la curva de la figura se deducen algunas conclusiones. Se observa que se puede dar una intensidad nula bajo dos situaciones muy diferentes:



  • Cuando no existen coches sobre la vía, la densidad es cero, y la intensidad de circulación, también es cero. La velocidad es puramente teórica en este estado, y sería cualquiera que el primer conductor seleccionara - probablemente un valor elevado -.

  • Cuando la densidad tiende al máximo posible todos los vehículos se paran (la velocidad es cero), la intensidad de circulación es también cero, puesto que no hay movimiento y los vehículos no pueden “pasar” por un perfil de la carretera. Se denomina densidad de atasco a aquella densidad para la que cesa todo movimiento.

Entre estos dos puntos extremos, la dinámica del flujo viario produce un efecto maximizador. Al incrementarse la densidad desde cero, la intensidad de circulación también aumenta al existir más vehículos sobre la carretera. Mientras esto sucede, la velocidad empieza a declinar (debido a la interacción entre vehículos). Esta reducción es virtualmente despreciable para bajas densidades e intensidades de circulación. Según aumenta la densidad se alcanza un punto para el que la velocidad se reduce precipitadamente. La intensidad máxima se alcanza cuando el producto de la densidad creciente por la velocidad decreciente produce un flujo inferior al de la situación precedente.

La máxima intensidad de circulación de cualquier vía es su capacidad. La densidad a la que esto se produce se denomina densidad crítica, y la velocidad a la que esto ocurre se denomina velocidad crítica. Al aproximarse a la capacidad, la circulación se hace más inestable al existir menos intervalos en el tráfico utilizables, y cualquier perturbación producida por vehículos que se incorporen o abandonen la vía, o de maniobras de cambio de carril internas,crean unas alteraciones que no pueden ser amortiguadas o disipadas eficazmente. En consecuencia, es difícil mantener la explotación de la vía en el entorno de la capacidad durante períodos largos de tiempo sin que se formen colas, siendo casi inevitable el flujo forzado o el colapso. Debido a esto, la mayoría de las estructuras viales se proyectan para una operación en volúmenes inferiores a la capacidad.

Según se observa en la figura , cualquier intensidad distinta de la capacidad puede obtenerse en dos estados diferentes -uno en el que la velocidad es alta y la densidad baja, y el otro con una densidad alta y una velocidad baja-.

Se considera inestable la parte completa de las curvas correspondiente a altas densidades y bajas velocidades. Esta situación se corresponde con un flujo forzado o en colapso. Corresponde a un nivel de servicio F.

La parte de las curvas correspondiente a bajas densidades y altas velocidades es la región de circulación estable. El análisis de capacidad se centra en esta región. Los niveles de servicio A a E se definen en la parte estable de las curvas, situándose en vías de circulación continua el nivel de servicio E, correspondiente al límite máximo de circulación, en el punto de capacidad de la sección que se estudia.

Comparando las curvas correspondientes a distintas carreteras se observa que difieren en la parte de las velocidades altas, mientras que son aproximadamente iguales para velocidades bajas.



6.3.- Relación entre velocidad e intensidad

Esta relación es mucho más sencilla de obtener en la práctica, ya que es más fácil medir velocidades e intensidades que densidades. Por otra parte la intensidad es una magnitud que define la demanda de tráfico en la carretera, siendo por tanto un dato básico, mientras que la velocidad media define la calidad de la circulación.

Frecuentemente, el problema será deducir las condiciones de tráfico (caracterizada por la velocidad), conociendo la demanda de tráfico (definida por la intensidad). Por tanto estas relaciones entre velocidad e intensidad tienen una gran importancia práctica.

De los estudios empíricos se deducen curvas con la peculiaridad de que para cada valor de la intensidad se presntan dos velocidades distintas: una elevada y una menor. La parte superior de la curva corresponde a una circulación libre y estable, mientras que la parte inferior corresponde a una circulación congestionada e inestable.

Comparando las curvas correspondientes a distintas carreteras, se observa que difieren en la parte superior, para velocidades altas, y son muy parecidas en la parte inferior, para congestión. La rama superior de la curva es la más interesante a efectos prácticos, ya que la rama inferior corresponde a condiciones de circulación que se trata de evitar.

Considerando la rama superior de la curva se observa que la velocidad es prácticamente constante para intensidades bajas y se reduce cuando la intensidad se va acercando a la capacidad de la carretera considerada. También se ha estudiado como depende la curva de la composición del tráfico (proporción de vehículos pesados y de las características de la carretera (sección transversal, pendientes etc.). de todo ello depente la determinación de la capacidad de las carreteras (que es el número máximo de vehículos que tienen una probabilidad razonable de atravesar la sección durante un período dado de tiempo).



ANEXO I: GRÁFICOS


  • Ejemplos de distribución de la velocidad de circulación en carreteras de dos carriles

  • Relación intensidad- densidad

  • Relación velocidad- densidad

  • Relación velocidad- intensidad





ANEXO II: REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS


  • HIGHWAY CAPACITY MANUAL Special report nº 209 of Transportation Research Board, National Academy of Sciencies o U.S.A. (MANUAL DE CAPACIDAD DE CARRETERAS)



  • INGENIERÍA DE CARRETERAS DE Carlos Kraemer, José María Pardillo, Sandro Rocci, Manuel G. Romana, Victor Sánchez Blanco, Miguel Angel del Val.



Autor: Manuel Sánchez Guillén Tema 20. Página de


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