INCIDENCIA DEL TRAZADO GEOMÉTRICO EN SITIOS CRÍTICOS DE
ACCIDENTALIDAD
CORREDOR PERIMETRAL DE ORIENTE DE BOGOTÁ
VÍAS LOS PATIOS-GUASCA, SALITRE-SOPÓ, BOGOTÁ-CHOACHÍ-UBAQUE
ÁLVARO JOSÉ CALÁN VITERI
JAVIER HERNANDO GONZÁLEZ MUÑOZ
UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS
DIVISIÓN DE INGENIERÍA
PROGRAMA MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL
BOGOTÁ D.C.
INCIDENCIA DEL TRAZADO GEOMÉTRICO EN SITIOS CRÍTICOS DE
ACCIDENTALIDAD
CORREDOR PERIMETRAL DE ORIENTE DE BOGOTÁ
VÍAS LOS PATIOS-GUASCA, SALITRE-SOPÓ, BOGOTÁ-CHOACHÍ-UBAQUE
ÁLVARO JOSÉ CALÁN VITERI
JAVIER HERNANDO GONZÁLEZ MUÑOZ
Trabajo de Grado para optar al título de Magister en Infraestructura Vial
Director Trabajo de grado
WILSON ERNESTO VARGAS VARGAS
Ingeniero Topográfico
Magister en Ingeniería-Transporte
UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS
DIVISIÓN DE INGENIERÍA
PROGRAMA MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL
BOGOTÁ D.C.
Nota de Aceptación
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________________________________________
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________________________________________
Firma del presidente del jurado.
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Firma del jurado
________________________________________
Firma del jurado
Bogotá,
Dedicatoria
A Dios y a mis padres Rosa Viteri y Antonio Calán, por su incalculable amor,
ejemplo de vida y constantes oraciones.
Álvaro José Calán Viteri
A Dios y a la vida por todos las grandes personas incondicionales que nos
acompañan en nuestro camino que son piezas fundamentales y artífices de
nuestras metas y logros; eternamente gracias por estar siempre ahí a mi esposa
Claudia Marcela, nuestra hija Ana María, Padres, hermanos, sobrino, suegros,
cuñados y a mi compañero de Trabajo de Grado Álvaro.
CONTENIDO
RESUMEN
... 14
INTRODUCCIÓN
... 15
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
... 16
1.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA ... 16
1.2. FORMULACIÓN ... 18
2. JUSTIFICACIÓN
... 19
3. OBJETIVOS
... 20
3.1. GENERAL ... 20
3.2. ESPECÍFICOS ... 20
4. MARCO DE REFERENCIA
... 21
4.1. MARCO TEÓRICO ... 21
4.1.1. Estudio de accidentalidad. ... 21
4.1.1.1. Accidente de tránsito ... 21
4.1.1.2. Clases de accidentes de tránsito... 21
4.1.1.3. Índices de accidentalidad ... 22
4.1.1.4. Sitios críticos ... 23
4.1.2. Elementos de diseño geométrico ... 24
4.1.2.1. Velocidad de diseño ... 24
4.1.2.2. Velocidad específica ... 25
4.1.2.3. Radio de curvatura mínimo ... 26
4.1.2.4. Entretangencia Horizontal Mínima ... 26
4.1.2.5. Pendiente Longitudinal Máxima ... 27
4.1.2.6. Pendiente Longitudinal Mínima ... 28
4.1.2.7. Curvas Verticales Convexas ... 28
4.1.2.8. Longitud Mínima Curva Convexa ... 29
4.1.2.9. Longitud Máxima Curva Convexa ... 29
4.1.2.10.
Curvas Verticales Cóncavas ... 30
4.1.2.11.
Longitud Mínima Curva Cóncava ... 30
4.1.2.12.
Longitud Máxima Curva Cóncava ... 31
4.1.3. Consistencia del diseño geométrico ... 31
4.2. ANTECEDENTES ... 35
4.3. MARCO LEGAL O NORMATIVO PARA COLOMBIA ... 40
5. METODOLOGÍA
... 42
5.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN Y ENFOQUE ... 42
5.2. METODOLOGÍA UTILIZADA ... 42
5.3. INSTRUMENTOS ... 43
5.4. OBJETO DE ESTUDIO ... 44
6. ANÁLISIS DE ACCIDENTALIDAD Y CONSISTENCIA GEOMÉTRICA
... 45
6.1. TIPOLOGÍA DE ACCIDENTES ... 45
6.1.1. Accidentalidad por tipo de evento ... 47
6.1.2. Accidentalidad por gravedad del suceso ... 48
6.1.3. Causa probable de los accidentes ... 50
6.2. PUNTOS CRÍTICOS ... 53
6.2.1. Medición de la frecuencia de los accidentes ... 54
6.2.2. Medición de tasa y severidad a través de los índices básicos de
accidentalidad ... 57
6.2.2.1. Cálculo de TPD ... 58
6.2.2.2. Cálculo del Índices de accidentalidad Ipat, Ipav, IS ... 60
6.2.3. Selección de sitios críticos ... 63
6.3. CARACTERIZACIÓN GEOMÉTRICA ... 63
6.3.1. Modelo digital de elevación ... 64
6.3.2. Caracterización horizontal ... 64
6.3.3. Caracterización vertical ... 65
6.3.4. Análisis de velocidad ... 66
6.3.4.1. Velocidad de diseño ... 66
6.3.4.2. Velocidad específica ... 72
6.4. RELACIÓN ENTRE EL DISEÑO GEOMÉTRICO Y LA ACCIDENTALIDAD
………77
6.4.1. Criterio de consistencia a partir de la velocidad de operación (V
85
) ... 78
6.4.2. Evaluación de consistencia de trazado de la vía Los Patios
– Guasca
………...………82
6.4.3. Evaluación de consistencia de trazado de la vía Salitre - Sopó ... 85
7. CONCUSIONES Y RECOMENDACIONES
... 94
BIBLIOGRAFÍA
. ... 98
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Valores de la velocidad de diseño de tramos Homogéneos (VTR) en
función de la categoría de la carretera y el tipo de terreno. ... 25
Tabla 2. Valores de radio mínimo para peraltes máximos del 8% ... 27
Tabla 3. Relación Pendiente Longitudinal Máxima y Velocidad Específica de la
tangente vertical ... 28
Tabla 4. Umbrales de consistencia criterio 1 de Lamm et al. ... 33
Tabla 5. Umbrales de consistencia en la velocidad de operación, criterio 2 de
Lamm et al. ... 33
Tabla 6 Modelos de predicción de velocidad de operación V85 para Colombia .... 35
Tabla 7. Modelos para la estimar la velocidad de operación en el mundo. ... 36
Tabla 8. Total de accidentes ... 45
Tabla 9. Accidentalidad 2012, 2013, 2014 ... 46
Tabla 10. Número de accidentes por tipo de evento ... 47
Tabla 11. Número de accidentes por gravedad del suceso ... 49
Tabla 12 Tabla general de causa probable de accidentes ... 52
Tabla 13 Valores de μ+kσ con K=1 para determinación de frecuencia crítica de
accidentalidad ... 55
Tabla 14 Sitios con frecuencia crítica de accidentalidad Salitre - Sopó ... 56
Tabla 16 Sitios con frecuencia crítica de accidentalidad Bogotá - Ubaque ... 56
Tabla 17 Serie histórica de TPD ... 58
Tabla 18 TPD proyectados a partir de regresiones lineales ... 60
Tabla 19 Valores de μ+kσ con K=1 para determinación de índices críticos de
accidentalidad Los Patios - Guasca ... 60
Tabla 20 Valores de μ+kσ con K=1 para determinación de índices críticos de
accidentalidad Salitre – Sopó y Bogotá - Ubaque ... 61
Tabla 21 Índices críticos de accidentalidad Ipat, Ipav, IS Los Patios – Guasca .... 61
Tabla 22 Índices críticos de accidentalidad Ipat, Ipav, IS Salitre – Sopó ... 62
Tabla 23 Índices críticos de accidentalidad Ipat, Ipav, IS Bogotá – Ubaque ... 62
Tabla 24 Sitios críticos Los Patios – Guasca ... 63
Tabla 25 Sitios críticos Salitre - Sopó ... 63
Tabla 26 Sitios críticos Bogotá - Ubaque ... 63
Tabla 27 Adopción de velocidad de diseño en función del radio mínimo tramo Los
Patios – Guasca ... 68
Tabla 28 Adopción de velocidad de diseño en función del radio mínimo tramo
Salitre - Sopó ... 70
Tabla 29 Adopción de velocidad de diseño en función del radio mínimo tramo
Bogotá - Ubaque ... 71
Tabla 30 Casos de evaluación de longitud de tangente y ángulo de deflexión para
determinar la velocidad específica de una curva horizontal ... 72
Tabla 32 Porcentajes de evaluación de consistencia por kilómetro mediante el
criterio I vía Patios - Guasca ... 83
Tabla 33 Porcentajes de evaluación de consistencia por kilómetro mediante el
criterio II vía Patios - Guasca ... 84
Tabla 34 Porcentajes de evaluación de consistencia por kilómetro mediante el
criterio I vía Salitre – Sopó ... 87
Tabla 35 Porcentajes de evaluación de consistencia por kilómetro mediante el
criterio II vía Salitre – Sopó ... 89
Tabla 36 Porcentajes de evaluación de consistencia por kilómetro mediante el
criterio I vía Bogotá - Ubaque ... 90
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Localización general de las vías objeto de análisis ... 17
Figura 2. Perfil de velocidades de operación del criterio 1 ... 33
Figura 3. Perfil de velocidades de operación del criterio 2 ... 34
Figura 4. Enfoque de estudios sobre seguridad vial ... 37
Figura 5. Metodología de la investigación ... 44
Figura 6 Accidentalidad 2012, 2013, 2014 ... 46
Figura 7 Accidentalidad general por evento ... 47
Figura 8. Accidentalidad general por gravedad ... 48
Figura 9 Accidentalidad general por tipo de evento y gravedad ... 49
Figura 10 Participación de factores de incidencia en la accidentalidad ... 50
Figura 11 Causas probables de accidentalidad por tramo ... 51
Figura 12 Caracterización geométrica horizontal ... 65
Figura 13 Correspondencia de velocidad específica en función del radio ... 68
Figura 14 Límites de tramos homogéneos referente al cambio en el CCR
TH
Los
Patios - Guasca ... 69
Figura 16 Límites de tramos homogéneos referente al cambio en el CCR
TH
Bogotá
- Ubaque ... 71
Figura 17 Perfiles velocidad de diseño vs velocidad específica vs frecuencia de
accidentalidad tramo Los Patios - Guasca ... 73
Figura 18 Porcentaje de curvas horizontales con longitud de radio mayor al
requerido de acuerdo a la velocidad específica calculada tramo Los Patios -
Guasca ... 74
Figura 19 Perfiles velocidad de diseño vs velocidad específica vs frecuencia de
accidentalidad tramo Salitre - Sopó ... 75
Figura 20 Porcentaje de curvas horizontales con longitud de radio mayor al
requerido de acuerdo a la velocidad específica calculada tramo Salitre - Sopó .... 75
Figura 21 Perfiles velocidad de diseño vs velocidad específica vs frecuencia de
accidentalidad tramo Bogotá - Ubaque ... 76
Figura 22 Porcentaje de curvas horizontales con longitud de radio mayor al
requerido de acuerdo a la velocidad específica calculada tramo Bogotá - Ubaque
... 77
Figura 23 Perfil de Velocidades de operación (v85) vs velocidad de diseño (Vd) vía
Patios - Guasca ... 86
Figura 24 Perfil de velocidades de operación (V
85
) Vs velocidad de diseño (V
d
) vía
Salitre - Sopó ... 88
Figura 25 Perfil de velocidades de operación (V
85
) Vs velocidad de diseño (V
d
) vía
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A: Cuadros generales de accidentalidad por año .………101
Anexo B: Cuadros de accidentalidad por gravedad, tipo de evento y causa
probable…..………..113
Anexo C: Proyección TPD mediante regresión lineal y frecuencia e indicadores
de accidentalidad………118
Anexo D: Caracterización geométrica……….133
Anexo E: Determinación de velocidad de diseño y velocidad específica
………158
RESUMEN
Diversos estudios se han desarrollado para ayudar a determinar la incidencia del
trazado geométrico entre los aspectos relativos a la carretera que influyen en la
accidentalidad mediante métodos deterministas y probabilísticos. Sin embargo, los
que están fuertemente relacionados con la siniestralidad se basan en el análisis de
las evaluaciones de las velocidades de diseño y de operación, encontrando que
esta última está ligada a la expectativa del conductor respecto al trazado. Es aquí
donde toma relevancia el concepto de consistencia geométrica como parte de la
evaluación de la seguridad de las carreteras.
El objetivo general del presente trabajo fue analizar la incidencia del trazado
geométrico en la accidentalidad mediante un estudio de caso, realizando un
análisis de los accidentes que permitiera definir su tipología y por consiguiente la
definición de los puntos críticos a lo largo de los tres corredores objeto de estudio,
estableciendo además, los parámetros en planta y alzado mediante una
caracterización geométrica en base a la topografía de las vías existentes que
permitiera evaluar la consistencia usando modelos de predicción de velocidad de
operación adoptados a Colombia de investigaciones previas y la determinación de
tramos homogéneos mediante el análisis de parámetros mínimos encontrados
como radios de curva horizontal, pendientes máximas e índice de cambio de
curvatura vertical, todo esto, con el fin de comparar los deltas entre la velocidad de
diseño y operación de cada uno de los elementos geométricos y también
comparar la diferencia de la velocidad de operación entre elementos consecutivos,
buscando verificar de esta manera, si las mayores deficiencias en consistencia del
corredor correspondían a los sitios críticos de accidentalidad.
Los resultados se analizaron mediante la determinación de porcentajes de tres
niveles de consistencia por kilómetro entre aceptable, bueno y malo y en algunos
casos se establecieron relaciones entre los sectores que arrojaron la evaluación
más deficiente de consistencia y los sitios críticos por accidentalidad, encontrando
que los tres corredores objeto de estudio presentan a lo largo de todo el trazado
problemas de consistencia, lo cual indica que en el diseño geométrico original no
se tuvo en cuenta la relación de radios entre curvas consecutivas y mucho menos
un análisis de velocidad específica que permitiera lograr un trazado homogéneo.
15
INTRODUCCIÓN
La seguridad vial es hoy en día uno de los principales componentes a la hora de
realizar los estudios y diseños para el trazado de una vía, al punto que en todos
los parámetros de entrada del diseño geométrico se encuentran implícitos
extensos y completos estudios al respecto, como la determinación del ancho de
carril y de berma, radios mínimos, longitudes de entretangencia, relación de radios
horizontales, distancias de visibilidad y parada, y la misma consistencia del
trazado (homogeneidad del diseño), por mencionar sólo algunos. Es muy común
encontrar deficiencias en la implementación de estos parámetros en todas las
etapas de un proyecto vial, iniciando en el diseño geométrico del corredor,
pasando por la construcción y evidenciándose aún más al momento de la
operación, bien sea por negligencia o por limitaciones presupuestales, prediales,
ambientales, geotécnicas y hasta sociales.
En Colombia, las estadísticas de causalidad de accidentes están basadas en
reportes policiales en los que la causa habitual del siniestro es el conductor, ya
que el agente de tránsito generalmente no está preparado para discernir la
secuencia de un accidente. Es así como se ha determinado que el 74.1% de las
veces, la causa que originó el incidente de tránsito fue el exceso de velocidad y la
violación a las normas de tránsito
1
, entonces: ¿Esto significa que la mayor parte
de los accidentes se podrían evitar con educación y control y el poco restante con
ingeniería? Aún si, esto fuera cierto, existe entonces cierta responsabilidad
ingenieril con labores pendientes de planificación, diseño y construcción para
evitar estos siniestros.
Reflexionando sobre lo anterior y las deficiencias en los aspectos geométricos que
nunca se ven reflejados como causa en un reporte de accidente, resulta
importante declarar la responsabilidad ingenieril ante la necesidad de considerar
una verdadera gestión de seguridad vial de la mano con el diseño geométrico. Es
por esto que el presente trabajo de grado tiene como fin determinar la incidencia
del trazado geométrico en sitios críticos de accidentalidad de los tres corredores
viales en estudio, permitiendo identificar un nivel de relación de la consistencia
geométrica de la vía con la concentración de accidentes de las carreteras Los
Patios-Guasca, Salitre-Sopó y Bogotá-Choachí-Ubaque.
1
16
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1.1.
ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
En el último lustro, el número de accidentes de tránsito se ha venido
incrementando en Colombia, este fenómeno dejó para el año 2012 5.917 muertos
y 39.417 heridos graves. Con un parque automotor de más de 7 millones y una
población de 46,5 millones para el 2012
2
. En materia económica este fenómeno
está representado para los colombianos alrededor del 1% del Producto Interno
Bruto (PIB)
3
.
Durante más de veinticinco años los diseños de trazado de las vías en Colombia
anteriores a 1998 estuvieron basados en la publicación del Ministerio de Obras
Públicas “Criterio Geométrico para Diseño de Carreteras”. La evolución que desde
entonces han tenido los vehículos en potencia y velocidad han sido fundamental
para imponer a las carreteras un cumplimiento de condiciones técnicas más
rigurosas en su diseño, condiciones con las que no cuentan muchas vías por las
cuales circulamos hoy en día y que fueron construidas hace varias décadas.
El presente trabajo busca determinar la incidencia de la geometría sobre la
accidentalidad, teniendo en cuenta que los trazados de las vías en evaluación
fueron diseñados y construidos bajo una normatividad vigente para ese entonces
que no incluía una homogeneidad y consistencia en el trazado, ya que era común
concebir el diseño los elementos del corredor por separado y no como un todo.
Por lo anterior es claro que los siniestros pueden estar incididos por componentes
geométricas que no se evidencian al momento de determinar la causa de un
accidente, lo cual conlleva a atribuir como causa habitual la imprudencia del
conductor por exceso de velocidad o violación a las normas de tránsito.
Las vías objeto del estudio hacen parte de la nueva concesión de cuarta
generación Perimetral de Oriente de Bogotá S.A.S. que busca estructurar un
corredor vial del oriente que conecte el centro del País con los llanos Orientales y
2
CORPORACIÓN FONDO DE PREVENCIÓN VIAL. Evaluación de la Seguridad Vial en la Red Nacional de Carreteras,
bajo la metodología del International Road Assessment Programme - IRAP 2013. [En línea]. [citado en 20 de noviembre de
2015] Disponible en Internet: < http://www.fpv.org.co/uploads/repositorio/informe_irap.pdf>.
3
17
adicionalmente rehabilitar algunas vías que conectan municipios importantes de
Cundinamarca. Los corredores son los siguientes:
Los Patios–Guasca
Salitre–Sopó
Bogotá–Choachí–Ubaque
Figura 1. Localización general de las vías objeto de análisis
Fuente: Elaboración propia a partir de Gloogle Earth. Fecha de imagen 12/30/2015. Fecha de
captura 05/01/2016.
Como resultado se plantea como inquietud, hallar el nivel de consistencia de
trazado de los corredores viales existentes a partir de una caracterización
geométrica sobre levantamientos topográficos y reportes de accidentalidad
realizados por el administrador vial de los corredores en estudio, para definir como
hipótesis:
“Los accidentes de tránsito pueden estar incididos por componentes
18
exceso de velocidad o violación a las normas de tránsito en los corredores
existentes”.
1.2.
FORMULACIÓN
Habiendo definido el problema de la investigación, se busca resolver con este
trabajo la siguiente pregunta:
¿Cuál es la incidencia del trazado geométrico en sitios críticos de accidentalidad
en el corredor Perimetral de Oriente de Bogotá para las vías Los Patios-Guasca,
Salitre-Sopó, Bogotá-Choachí-Ubaque durante la etapa de operación?
Preguntas derivadas:
¿Cómo desarrollar un análisis de los accidentes que me permita definir su
tipología y los sitios críticos?
¿Cómo determinar los parámetros geométricos en planta y alzado de los
corredores existentes?
¿Cómo definir una relación entre las características geométricas del trazado
19
2. JUSTIFICACIÓN
En Colombia, los traumatismos relacionados con el tránsito son un importante
problema social y de salud pública, tanto que constituye la segunda causa de
muerte violenta en el país después de los homicidios
4
. Las dimensiones que están
tomando las muertes y lesiones por accidentes de tránsito se han convertido en la
razón por la que el Departamento de Planeación Nacional incluyó la Seguridad
Vial en el Plan de Desarrollo como un tema de política de Estado: Ley 1450, de
junio de 2011, Plan Nacional de Desarrollo 2010-2014: “Prosperidad para todos”.
Con esto cobra aún más importancia conocer la incidencia del diseño geométrico y
la accidentalidad esperada, ya que las investigaciones orientadas a establecer
causalidad entre las características de su trazado y los accidentes que se
producen en ellas son escasas y los pocos estudios en cabeza de algunas
entidades públicas como El Fondo de Prevención Vial ahora Agencia Nacional de
Seguridad Vial y El Ministerio de Transporte, se enfocan en realizar diagnósticos
descriptivos acerca de la accidentalidad.
Teniendo en cuenta lo mencionado, la investigación a desarrollar proporciona una
herramienta valiosa a las auditorias de seguridad vial porque permite evidenciar el
factor de riesgo de las deficiencias en la consistencia del trazado de la geometría
que detonan la accidentalidad y así desarrollar medios de prevención en las
etapas de planeación, diseño y construcción de nuevos proyectos de
infraestructura vial y operación de carreteras.
4
20
3. OBJETIVOS
3.1.
GENERAL
Determinar la incidencia del trazado geométrico en sitios críticos de accidentalidad
en el corredor Perimetral de Oriente de Bogotá para las vías Los Patios-Guasca,
Salitre-Sopó, Bogotá-Choachí-Ubaque en la etapa de operación.
3.2.
ESPECÍFICOS
Realizar un análisis detallado de los accidentes que permita definir su tipología
y puntos críticos.
Establecer los parámetros en planta y alzado de las vías existentes a partir de
una caracterización geométrica sobre bases de topografía.
Establecer una relación entre las características geométricas existentes y los
21
4. MARCO DE REFERENCIA
4.1.
MARCO TEÓRICO
4.1.1. Estudio de accidentalidad.
Para referirnos a accidentalidad propiamente vial se deben considerar tres
factores fundamentales donde al menos uno de ellos debe tener cabida dentro del
marco de los acontecimientos, estos factores son: humano, dinámico y estático,
refiriéndonos al conductor, el vehículo y la infraestructura vial respectivamente.
Debido a las altas tasas de accidentalidad en las vías es necesario estudiar los
hechos de tal manera que permitan identificar eficazmente la incidencia de estos
factores en el accidente, ya que, aunque los reportes en la mayoría de los casos
señalan al conductor como principal responsable, es poco común analizar que el
comportamiento erróneo del conductor estuvo forzado por deficiencias en el
diseño del trazado, siendo este último una causa probable de la decisión
equivocada.
4.1.1.1. Accidente de tránsito
Según la Ley 769 de 2002, un accidente de tránsito es todo evento, por lo general
involuntario, generado al menos por un vehículo en movimiento, que causa daños
a personas o a bienes involucrados, el cual se traduce en víctimas con lesiones
mortales o personales; este aspecto dependerá principalmente de diferencias
propias de la persona, como edad, género, estado de salud, clase de accidente,
tipo de trauma, uso de elementos de protección o seguimiento a la norma,
inmediatez con que se preste la atención a las víctimas, entre otras.
5
4.1.1.2. Clases de accidentes de tránsito
Dentro de las clases de accidentes de tránsito se encuentran las siguientes: a)
atropello, caracterizado por el encuentro de un vehículo con un peatón; b) caída,
caracterizada por el descenso o desprendimiento de un pasajero del vehículo en el
que se transporta; c) colisión, es embestirse dos o más vehículos en movimiento;
5
22
d) choque, es embestir un vehículo en movimiento contra otro detenido o contra
obstáculos físicos; e) volcamiento, es el giro de un vehículo en movimiento sobre
su eje longitudinal o transversal respecto a su sentido de marcha, durante el cual
apoya cualquier parte de su estructura después de abandonar la posición normal
de rodaje, y f) otros: cualquier accidente de tránsito no incluido dentro de la
tipificación dada.
6
4.1.1.3. Índices de accidentalidad
Ogden (1996) definió la accidentalidad vial como una disciplina, llamada
ocasionalmente como accidentología, que estudia las causas y efectos de los
accidentes de tránsito con la finalidad de proponer medidas orientadas a la
disminución de estos y proveer datos estadísticos a través de índices que reflejen
la magnitud del problema en una determinada carretera o red carreteras.
Estos índices usualmente se definen a través de la relación de los resultados de
accidentes (muertos, lesionados y daños materiales) con la población, los
vehículos y/o kilometraje generado; este último representado en
vehículos-kilómetros, cuyo valor representa la cantidad de recorridos generados por los
vehículos que transitan en un determinado tramo de carretera.
7
IPat: Índice de peligrosidad de accidentes totales, expresado en accidentes por
millón de vehículos – kilómetro
(1)
Donde:
Nat: número de accidentes totales registrados en un periodo de tiempo t
TPD: Volumen de tránsito promedio diario
L: Longitud del tramo (Km)
t: Periodo de observación (años)
IPav: Índice de peligrosidad de accidentes con víctimas, expresado en accidentes
por millón de vehículos – kilómetro.
6
Norza C., E. H., Granados L., E. L., Useche H., S. A., Romero H., M. & Moreno R., J.. Op cit. p. 160
723
(2)
Donde:
Nav: Número de accidentes con víctimas registrados en un periodo de tiempo t
TPD: Volumen de tránsito promedio diario
L: Longitud del tramo (Km)
t: Periodo de observación (años)
IS (Índice de severidad). Relaciona el número equivalente de accidentes de
tránsito registrados en un año con la cantidad de vehículos que circulan por un
sector determinado o tramo de vía.
(3)
Donde:
M: Número de accidentes con muerto en un periodo de tiempo t
H: Número de accidentes con herido en un periodo de tiempo t
S: número de accidentes con solo daños a la propiedad en un periodo de tiempo t
TPD: Volumen de tránsito promedio diario
L: Longitud del tramo (Km)
t: Periodo de observación (años)
4.1.1.4. Sitios críticos
Los sitios críticos o de alta concentración de accidentes son aquellos puntos
donde se generan o se esperan un número elevado de colisiones en comparación
con otros sitios de condiciones similares, en estos puntos usualmente se
concentran la mayor cantidad de muertos y lesionados graves (Bham Manepalli,
2009).
24
Andelwahab y Sayed (1993) determinaron un criterio triple de medición, que
consiste en combinar la frecuencia de accidentes, tasa y severidad y sus valores
críticos. La medición identifica un sitio peligroso si:
(CR>Rc ó CSR>Sc) y CF >Fc ,
Donde por sus siglas en inglés:
CR: Tasa de accidentes, definida por el Ipat
CSR: Severidad de accidentes, definida por el Is y el Ipav
FC: Frecuencia de accidentalidad
Rc, Sc y Fc son los valores críticos para CR, CSR y FC respectivamente
4.1.2. Elementos de diseño geométrico
Profundizando en los aspectos geométricos que determinan la infraestructura vial,
se consideran en el presente capítulo los conceptos de los parámetros que
intervienen en el diseño geométrico de una carretera en planta y alzado y que se
destacan en el desarrollo del presente estudio.
4.1.2.1. Velocidad de diseño
La velocidad es el elemento clave en el diseño geométrico y cálculo de parámetros
en la mayoría de los diversos componentes de un proyecto; debe ser estudiada,
regulada y controlada con el fin de que ella origine un perfecto equilibrio entre el
usuario, el vehículo y la carretera, de manera que siempre se garantice la
seguridad.
La velocidad de diseño o velocidad de proyecto (V
TR
), se define como la máxima
velocidad segura y cómoda que puede ser mantenida en un tramo determinado de
una vía, cuando las condiciones son tan favorables que las características
geométricas de la vía predominan.
25
pendientes máximas, anchos de carriles y bermas, anchuras y alturas libres, etc.,
dependen de la velocidad de diseño y varían con un cambio de ella.
8
En Colombia, la Velocidad de diseño está definida en función de la categoría de la
carretera y el tipo de terreno. El Manual de Diseño Geométrico en su capítulo 2
indica valores de la velocidad de diseño de un tramo homogéneo en función de
estas variables.
Tabla 1.
Valores de la velocidad de diseño de tramos Homogéneos (V
TR) en
función de la categoría de la carretera y el tipo de terreno.
Categoría
de la
Carretera
Tipo de
Terreno
Velocidad de Diseño de un Tramo Homogéneo VTR (km/h)
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Primaria
de dos
calzadas
Plano
Ondulado
Montañoso
Escarpado
Primaria
de una
calzada
Plano
Ondulado
Montañoso
Escarpado
Secundaria
Plano
Ondulado
Montañoso
Escarpado
Terciaria
Plano
Ondulado
Montañoso
Escarpado
Fuente: Manual de diseño geométrico para Carreteras del INVÍAS 2008
4.1.2.2. Velocidad específica
La velocidad especifica de un elemento de diseño; es la máxima velocidad que
puede mantenerse a lo largo de un elemento considerado aisladamente, en
condiciones de seguridad y comodidad. Entonces, existirá toda una sucesión de
velocidades específicas asociadas a cada uno de los elementos geométricos, no
pudiendo ser nunca inferiores a la velocidad de diseño del tramo. Diseñando con
las diferentes velocidades específicas siempre se mantendrán los márgenes de
seguridad y comodidad dentro de cada elemento.
8
26
Para asegurar la mayor homogeneidad posible en la velocidad específica de los
elementos geométricos, curvas y entretangencias, lo que necesariamente se
traduce en mayor seguridad para los usuarios, se obliga a que las velocidades
específicas de los elementos que integran el tramo homogéneo sean como
mínimo iguales a la velocidad de diseño del tramo (V
TR
), y no superen esta
velocidad en más de 20Km/h (V
TR
+ 20Km/h).
9
Es importante tener en cuenta la consistencia del trazado en planta que está dado
por la relación de velocidades específicas entre curvas horizontales contiguas. De
acuerdo al manual de diseño el análisis se hace teniendo en cuenta cinco
parámetros:
La Velocidad de diseño del tramo homogéneo (VTR) en que se encuentra la
curva horizontal.
El sentido en que el vehículo recorre la carretera.
La Velocidad Específica asignada a la curva horizontal anterior.
La longitud del Segmento Recto anterior.
La deflexión en la curva analizada.
4.1.2.3. Radio de curvatura mínimo
El radio mínimo es el valor límite de curvatura para una velocidad Específica de
acuerdo con el peralte máximo y el coeficiente de fricción transversal máxima. El
Radio mínimo de curvatura solo debe ser usado en situaciones extremas donde no
sea posible la aplicación de radios mayores.
De acuerdo con el Manual INVÍAS 2008 en su numeral 3.1.3.2, el valor del peralte
máximo depende del tipo de vía. Para carreteras Primarias y Secundarias el
peralte máximo está definido por el 8%. En la Tabla 2 se indican los valores de
radio mínimo para diferentes velocidades específicas según el peralte máximo y
la fricción máxima.
4.1.2.4. Entretangencia Horizontal Mínima
Para curvas de distinto sentido: El Manual de Diseño para Carreteras INVÍAS 2008
indica que considerando el empleo de curvas espirales, se puede prescindir de
tramos de entretangencia rectos. Si el alineamiento se hace con curvas circulares
únicamente, la longitud de entretangencia debe satisfacer la mayor de las
9
27
condiciones dadas por la longitud de transición, de acuerdo con los valores de
pendiente máxima para rampa de peraltes y por la distancia recorrida en un
tiempo de 5 segundos (5 s) a la menor de las Velocidades Específicas (VCH) de
las curvas adyacentes a la entretangencia en estudio.
Para curvas del mismo sentido:
En el diseño con curvas espirales la
entretangencia no puede ser menor a la distancia recorrida en un tiempo de 5
segundos (5 s) a la Velocidad Específica de la entretangencia horizontal (VETH).
Para diseños con curvas circulares, especialmente en terreno plano, la
entretangencia no puede ser menor al espacio recorrido en un tiempo no menor de
quince segundos (15 s) a la Velocidad Específica de la entretangencia horizontal
(VETH). Por su misma naturaleza, las curvas del mismo sentido se deben
considerar indeseables en cualquier proyecto de carreteras, por la inseguridad y
disminución de la estética que representan. Ya que por dificultades del terreno,
son a veces imposibles de evitar, se debe intentar siempre el reemplazo de dos
curvas del mismo sentido por una sola curva que las envuelva.
Tabla 2. Valores de radio mínimo para peraltes máximos del 8%
Velocidad
Específica
(km/h)
Peralte
Máximo (%)
Coeficiente
de Fricción
Transversal
Total
Radio Mínimo (m)
Calculado
Redondeado
40
8
0.23
0.31
40.6
41
50
8
0.19
0.27
72.9
73
60
8
0.17
0.25
113.4
113
70
8
0.15
0.23
167.8
168
80
8
0.14
0.22
229.1
229
90
8
0.13
0.21
303.7
304
100
8
0.12
0.2
393.7
394
110
8
0.11
0.19
501.5
501
120
8
0.09
0.17
667
667
130
8
0.08
0.16
931.7
832
Fuente: Manual de diseño geométrico para Carreteras del INVÍAS 2008
4.1.2.5. Pendiente Longitudinal Máxima
La pendiente máxima de una tangente vertical, está en función de la velocidad
específica de la tangente y de la categoría de la carretera que a su vez está en
función del tipo de terreno (plano, ondulado, escarpado y montañoso)
28
Tabla 3. Relación Pendiente Longitudinal Máxima y Velocidad Específica de
la tangente vertical
Categoría de La carretera
Velocidad de Diseño del Tramo Homogéneo Vtr (km/h)
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
120
130
Primaria de dos calzadas
-
-
-
-
-
6
6
6
5
5
4
4
Primaria de una calzada
-
-
-
-
8
7
6
6
5
5
-
-
Secundaria
-
-
10
9
8
7
6
6
6
-
-
-
Terciaria
14 12 10 10 10
-
-
-
-
-
-
-
Fuente: Manual de diseño geométrico para Carreteras del INVÍAS 2008
Se debe tener en cuenta que estos valores pueden aumentarse en 2% en caso de
tener dos curvas verticales consecutivas, una cóncava y otra convexa o viceversa,
sin segmento recto vertical entre ellas PTV curva 1 = PCV curva 2.
4.1.2.6. Pendiente Longitudinal Mínima
La pendiente mínima longitudinal de la rasante debe garantizar especialmente el
escurrimiento fácil de las aguas lluvias en la superficie de rodadura y en las
cunetas. La pendiente mínima que garantiza el adecuado funcionamiento de las
cunetas debe ser de cero punto cinco por ciento (0.5%) como pendiente mínima
deseable y cero punto tres por ciento (0.3%) para diseño en terreno plano o sitios
donde no es posible el diseño con la pendiente mínima deseable. En la selección
de uno de los dos valores anteriores el área hidráulica debe tener en cuenta el
criterio de frecuencia, intensidad de las lluvias y el espaciamiento de las obras de
drenaje tales como alcantarillas y aliviaderos. Desde el punto de vista de
seguridad vial es de vital importancia este parámetro para hacer análisis de
hidroplaneo.
4.1.2.7. Curvas Verticales Convexas
29
4.1.2.8. Longitud Mínima Curva Convexa
Criterio de Seguridad: Establece una longitud mínima que debe tener la curva
vertical para que en toda su trayectoria la distancia de visibilidad sea mayor o igual
a la de parada (DP).
(4)
Donde:
A: Diferencia algebraica de pendientes, en porcentaje (%).
DP: Distancia de visibilidad de parada, en metros
El control de la distancia de visibilidad de parada (DP) también se puede hacer
mediante el parámetro K, el cual es igual a la relación L/A (distancia horizontal, en
metros necesaria para tener un cambio de pendiente de uno por ciento (1%) a lo
largo de la curva).
(5)
Criterio de Operación:
Establece una longitud mínima que debe tener la curva
vertical para evitar al usuario la impresión de un cambio súbito de pendiente. Está
en función de la Velocidad Específica (VCV) en Km/h y es dada por la siguiente
expresión:
L
min
= 0.6 * V
cv
(6)
4.1.2.9. Longitud Máxima Curva Convexa
Criterio de Drenaje: En el punto más alto de la cresta de una curva vertical
convexa con pendiente S1 y S2 de diferente signo se tiene un corto tramo a nivel
(pendiente = 0%), que dificulta el drenaje longitudinal, para lo cual la AASHTO
–
2004 considera que un valor de A igual a cero punto seis por ciento (0.6%) en un
tramo de la curva igual a treinta metros (30 m), provee el adecuado drenaje en el
sector más plano de la curva.
30
Para garantizar el drenaje adecuado en la cresta de la curva vertical convexa se
debe diseñar la curva con un valor de K menor o igual a cincuenta (50).
4.1.2.10. Curvas Verticales Cóncavas
Para el diseño de las curvas verticales cóncavas, se tiene en cuenta los criterios
de seguridad, operación y drenaje descritos en el numeral 4.2.3 del Manual de
Diseño Geométrico INVÍAS 2008, dándole prioridad al criterio de longitud mínima
de la curva vertical según el criterio de operación, el criterio de los valores
mínimos de K para el control de la distancia de visibilidad de parada y el criterio de
drenaje para el valor máximo de K.
4.1.2.11. Longitud Mínima Curva Cóncava
Criterio de Seguridad: En las curvas cóncavas, el análisis de visibilidad considera
las restricciones que se presentan en la noche y estima la longitud del sector de
carretera iluminado hacia adelante, como la distancia de visibilidad.
(8)
Dónde:
A: Diferencia algebraica de pendientes, en porcentaje (%).
DP: Distancia de visibilidad de parada, en metros
El parámetro K, como en las curvas convexas se puede determinar por:
(9)
Criterio de Operación: Establece una longitud mínima que debe tener la curva
vertical para evitar al usuario la impresión de un cambio súbito de pendiente. Está
en función de la Velocidad Específica (VCV) en Km/h y es dada por la siguiente
expresión:
31
4.1.2.12. Longitud Máxima Curva Cóncava
Criterio de Drenaje: Es necesario controlar la longitud máxima de la curva vertical
cóncava para evitar el empozamiento de las aguas superficiales en la batea o
punto más bajo de la curva. De acuerdo con este criterio, se debe diseñar la curva
vertical cóncava con un valor de K menor o igual a cincuenta (50).
4.1.3. Consistencia del diseño geométrico
La consistencia en un diseño geométrico, hace referencia a los cambios de
velocidad de operación que experimenta a través de la carretera no sean duros y
que dicha velocidad no difiera notoriamente de la velocidad de diseño. El concepto
de consistencia del diseño geométrico está relacionado con el objetivo de lograr la
máxima conformidad entre las características geométricas de la carretera, las
operaciones resultantes y las expectativas del conductor conforme la recorre. En
síntesis se puede definir la consistencia del diseño geométrico como los cambios
poco notorios entre la velocidad de diseño y la velocidad de operación
experimentada por el conductor.
La mayoría de las investigaciones relacionadas con la consistencia y sus modelos
desarrollados se centran en cuatro ámbitos principalmente: la velocidad de
operación y sus variaciones, la estabilidad del vehículo en las curvas, los índices
de trazado y la carga de trabajo del conductor. La evaluación de la consistencia se
lleva a cabo con el fin de identificar aspectos relacionados con la seguridad de
circulación de los vehículos; y las principales áreas de análisis en la consistencia
del diseño geométrico son consideraciones de velocidad, seguridad y desempeño.
En estos tres tipos de enfoques se desarrollan los modelos de evaluación de la
consistencia del diseño:
32
desarrollar en cierta cantidad de tiempo, distancia de visibilidad que tiene el
conductor para anticiparse a lo que debe hacer y elementos estéticamente
desagradables en la vía.
10
Diversos estudios se han desarrollado con el propósito de relacionar la
accidentalidad con la consistencia geométrica, determinando diferentes criterios
para medir la consistencia.
Los criterios relacionados con la medición de consistencia y que son los más
estudiados son:
Criterios basados en la estabilidad del vehículo analizando el rozamiento
transversal movilizado y el que el contacto entre el pavimento y el neumático
pueda ofrecer.
Criterios basados en el análisis de índices de trazado en planta y perfil.
Criterios basados en la evaluación de carga del conductor.
Criterios basados en la velocidad de operación respecto a la velocidad de
diseño y a los elementos sucesivos que forman el trazado.
De los anteriores criterios, aún no está definido cuales son más efectivos a la hora
de determinar la consistencia del trazado de una vía. Sin embargo, los métodos
más aceptados son aquellos que contemplan la velocidad de operación, debido a
que es un parámetro que se encuentra directamente relacionado con los criterios
de trazado de la carretera.
El método de evaluación de consistencia del diseño geométrico más utilizado es el
desarrollado por Lamm et al.(1999), donde se establecen dos criterios de
consistencia relacionados con la velocidad de operación (V
85
), que incluyen la
diferencia entre la velocidad de operación y la velocidad de diseño (criterio 1) y la
diferencia de velocidad de operación entre elementos geométricos consecutivos
(criterio 2).
En la Tabla 4 se presentan los umbrales de consistencia para el criterio 1, donde
se establecen intervalos (10 Km/h y 20 Km/h) considerando las tasas de
peligrosidad medias observadas en diferentes configuraciones. La diferencia entre
velocidad de operación y la velocidad de diseño, permite la identificación de zonas
10
33
del trazado cuyo diseño no se ajusta al trazado general de la carretera. Para ello,
se emplea el perfil de velocidades de operación en cada sentido.
11
Tabla 4. Umbrales de consistencia criterio 1 de Lamm et al.
Buena
Aceptable
Pobre
|V
85
– Vd| ≤ 10
10 < |V
85
– Vd| ≤ 20
|V
85
– Vd| > 20
Fuente:
Lamm et al. (1999)
En la Figura 2 se muestra el perfil de velocidades de ejemplo de aplicación del
criterio 1, en el diagrama se observa una zona de consistencia pobre y cuatro
zonas de consistencia aceptable.
Figura 2. Perfil de velocidades de operación del criterio 1
Fuente: Consistencia del Diseño Geometrico de Carreteras, Universiadad Politecnica de España.
Tabla 5.
Umbrales de consistencia en la velocidad de operación, criterio 2 de
Lamm et al.
Buena
Aceptable
Pobre
|V
85 i
- V
85 i-1
| ≤ 10
10 < | V
85 i
- V
85 i-1
| ≤ 20
|V
85 i
- V
85 i-1
| > 20
Fuente:
Lamm et al. (1999)
11
34
En la Tabla 5 se presentan los umbrales de consistencia para el criterio 2, la
reducción de velocidad de operación entre dos elementos consecutivos es una
forma indirecta de cuantificar la sorpresa experimentada por los conductores y se
ha revelado como un indicador de consistencia muy sencillo y utilizado.
En la Figura 3 se observa un ejemplo de aplicación del perfil de velocidades para
el criterio 2, en el PK de la flecha amarilla hay una curva con consistencia
aceptable, mientras en el PK de la flecha roja hay otra curva con consistencia
pobre.
Figura 3. Perfil de velocidades de operación del criterio 2
Fuente: Consistencia del Diseño Geometrico de Carreteras, Universiadad Politecnica de España.
4.1.3.1. Modelos de Velocidad de operación (V
85
)
La mayoría de las investigaciones propone determinar la velocidad de operación a
partir de los parámetros geométricos del trazado horizontal tal como se puede
evidenciar en los modelos relacionados en la Tabla 7, gran parte de los autores
proponen determinar el perfil de velocidades basados en el radio de curva
horizontal (R), el grado de curvatura (DC o GC), el ángulo total girado (Ω) o la tasa
de cambio de curvatura (CCR). No obstante, los modelos que se obtienen aunque
son expresiones muy sencillas, de acuerdo a los autores, alcanzan un alto grado
de correlación.
35
Es claro que se puede establecer la velocidad de operación por medio de estudios
de velocidad o a través de modelos de predicción realizados en cada país a partir
de mediciones de velocidad en regiones determinadas, por lo cual, los resultados
usando uno u otro modelo pueden llegar a ser muy diferentes, por lo que se
recomienda trabajar con modelos adaptados a las condiciones de un medio. En el
caso de Colombia, se desarrolló la
tesis doctoral “METODOLOGÍA PARA LA
EVALUACIÓN DE LA CONSISTENCIA DEL TRAZADO DE CARRETERAS
INTERURBANAS DE DOS CARRILES” del autor José Fernando Sánchez, en la
cual se desarrollaron modelos de predicción aplicables a nuestro país y se
relacionan en la Tabla 6.
Tabla 6 Modelos de predicción de velocidad de operación V85 para Colombia
No
Condición
Condición de alineación horizontal y vertical
Expresión
Muestra
R²
Origen
1
Curva horizontal; -9 % ≤ Pendiente < -4 %
V
85= 35.43 + 0.219 r
27
0.7
2
Colombia
2
Curva horizontal; -4 % ≤ Pendiente < 0 %
V
85= 105.98 -3709.90 / r
25
0.7
6
Fitzpatrick
et al.
3
Curva horizontal; 0 % ≤ Pendiente < 4 %
V
85= 94.39 - 3188.66 / r
29
0.7
9
Lamm Et
al.
4
Curva horizontal; 4 % ≤ Pendiente < 9 %
V
85= 37.18 + 0.1 r + 0.04 rn-1
28
0.5
5
Colombia
5
Curva horizontal con curva cóncava
V
85= 102.70 - (730.39/r) -
(1498.90/Lc)
15
0.8
4
Colombia
6
Curva horizontal con curva convexa
V
85= 93.79 - (867.61/r) -
(935.62/Lc)
32
0.6
6
Colombia
7
Acuerdo cóncavo en recta
V
85= Velocidad deseada
-
-
Colombia
8
Acuerdo convexo en recta, sin limitación en la
distancia de visibilidad
V
85= Velocidad deseada
-
-
Colombia
9
Acuerdo convexo en recta, con limitación en
la distancia de visibilidad
V
85= 105.08 – (149.69/K)
9
0.6
Fitzpatrick
et al.
r = radio de la curva en estudio (m) rn-1 = radio de la curva anterior (m) Lc = Longitud de la curva (m)
K = Variación por unidad de pendiente
Fuente: SANCHEZ, Jose Fernando. Tesis Doctoral Metodología Para la Evaluación de la Consistencia del Trazado de
Carreteras Interurbanas de Dos Carriles.
4.2.
ANTECEDENTES
36
Tabla 7. Modelos para la estimar la velocidad de operación en el mundo.
AUTOR
PAÍS
AÑO
MODELO
CONDICIÓN GEOMÉTRICA
Krammes et al.
USA
1987
V
85=
102,44-2471,81/R+0,1Ω
Lamm et al.
USA
1987
V
85=
95,78-0,076CCR
Lamm et al.
USA
1990
V
85= 96,152-0,302DC
Islam y Seneviratne
USA
1990
V
85MP=96,11-0,32DC
Islam y Seneviratne
USA
1994
V
85EP=103,03-0,73DC-0,003DC
2Islam y Seneviratne
USA
1994
V
85BP= 95,41-0,45DC-0,001DC
2Misaghi y Hassan
CANADA
1994
V
85=
94,30+8,67X10
-6R
2Gibreel et al.
USA
1994
V
85=
102,2-0,1Ω
Kanellaidis et al.
USA
1995
V
85=
129,88-623,1/√R
Polus y
Mattar-Habib
ISRAEL
1996
C= 2,808xexp
-0,278x[Rc(Desv/3,6)]
