Evaluación de la seguridad vial a partir de la consistencia del trazado de la carretera

Texto completo

(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Construcciones Departamento de Ingeniería Civil. TRABAJO DE DIPLOMA EVALUACIÓN DE LA SEGURIDAD VIAL A PARTIR DE LA CONSISTENCIA DEL TRAZADO DE LA CARRETERA Autor: Laurna Raoul. Tutor: MSc. Ing. René García Depestre. Santa Clara 2009 "Año de la 50ta Aniversario de la Revolución". i.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Construcciones Departamento de Ingeniería Civil. TRABAJO DE DIPLOMA EVALUACIÓN DE LA SEGURIDAD VIAL A PARTIR DE LA CONSISTENCIA DEL TRAZADO DE LA CARRTERA Autor: Laurna Raoul [email protected]. Tutor: MSc. Ing. René García Depestre [email protected]. Santa Clara 2009 "Año de la 50ta Aniversario de la Revolución". ii.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica. iii.

(4) i. PENSAMIENTO. A successful man is one who can lay a firm foundation with the bricks others have thrown at him. David Brinkley. i.

(5) ii. DEDICATORIA I dedicate this work to my mother, Mathilda Raoul, whose greatest desire has always been the happiness and success of her children. To my family, for their love and support in helping me get this far. To my professors in Cuba without whom I would not have gained the knowledge and discipline which I possess today. To all my close friends and family which I have made here in Cuba, who have stuck with me through the best and worst of times and have helped me learn the true meaning of friendship.. ii.

(6) iii. AGRADECIMIENTOS Thanks to God for His grace and His love which sustains me each day. Thanks to my mother, Mathilda Raoul, my brothers, Daniel, Ronald, my sisters, Julie, Loretta and Deborah, my sisters in law, Leah and Ena, and the rest of my family, Uncle, Sister Mary, Della, Cindy, Nicole, Randall, Aunty Brenda, for your love, guidance and support. Thanks to my Tutor Rene Garcia Depestre for your dedication and support in the realization of this work. Thanks to my professors from the Construction faculty of the Central University of Las Villas for imparting unto me the priceless gift of knowledge. Thanks to Brother Dario for being so willing to help me with this work and for contributing significantly to its success. Thanks to Christina Joseph for being the sister I never knew that I had been missing but was happy to finally find. Thanks to Shahazad Abrahim for your friendship and for the valuable life lessons which I couldn´t have learnt without you and for your example of selflessness in helping others. Thanks to my friend Benise, for the precious gift of your friendship which I cherish greatly. Thanks to my friends, Kurlene Cenac, Patricia Maximin,Venisa Tomlin, Minerva Alendy, Trevlon Pyle, Fidelis Alexander and Bishoksan Kafle, whose example in discipline, dedication and faithfulness has encouraged me to strive for the same and I count myself priviledged to be called your friend. iii.

(7) iv. Thanks to Taneika, George, Bachai, Timika, Pascalina, Aminata, Dharmelta, Navine and Natanael, for your warmth and friendship.. iv.

(8) v. RESUMEN El presente trabajo tiene como objetivo el proponer y aplicar una metodología para la evaluación de la seguridad vial en las vías rurales de interés nacional de dos carriles, en la provincia central de Villa Clara, a partir del estudio de los parámetros geométricos de la vía.. Para lograr este objetivo se realizó una revisión. bibliográfica donde se analizó el estado actual del conocimiento acerca de los parámetros del diseño geométrico que influyen en la seguridad vial, los métodos empleados para su evaluación en otros países y las regulaciones y normas existentes en Cuba sobre el tema. Se elaboró una propuesta de metodología la cual se aplicó a un tramo de una vía declarado como Tramo de Concentración de Accidentes de la provincia de Villa Clara, apoyándose en la documentación existente de: planta, perfil, sección transversal y control de accesos. Finalmente se realizó un análisis de la seguridad vial a partir de los elementos geométricos los cuales concuerdan con los resultados reales de la accidentalidad en los lugares estudiados, lo que valida la propuesta inicial.. v.

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 9 CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. .................................... 18. 1.1. Seguridad Vial ........................................................................................................ 18. 1.2. Diseño geométrico ................................................................................................. 22. 1.3. Metodologías para evaluar la consistencia del trazado ......................................... 27. 1.3.1. Cumplimiento de las Normas ......................................................................... 28. 1.3.2. Indicadores del trazado ................................................................................... 29. 1.4. El Programa IHSDM .............................................................................................. 38. 1.5. Importancia de un Modelo Cubano ........................................................................ 39. 1.5.1. El modelo para las carreteras Cubanas .......................................................... 40. Conclusiones parciales ...................................................................................................... 41 CAPITULO 2. 2.1. PROPUESTA DE METODOLOGIA .................................................... 43. Metodología de la investigación científica. ........................................................... 43. vi.

(10) vii 2.1.1 Evaluación de la seguridad vial en el las carreteras rurales de 2 carriles de interés nacional. ............................................................................................................ 44 2.2. Cálculo de los indicadores del trazado. .................................................................. 46. 2.3. Cálculo de los índices de alineamiento. ................................................................. 47. 2.4. Cálculo de la velocidad de operación. ..................................................................... 47. 2.5. Determinación de la calificación de la consistencia. ............................................. 48. 2.6. Análisis de los tramos objeto de estudio mediante el programa IHSDM. ............ 49. 2.7. Aplicación manual de las ecuaciones TWOPAS del programa IHSDM. .............. 49. 2.8. Procedimiento del Modulo de Consistencia de Diseño del programa IHSDM. .. 51. 2.9. Comparación de los resultados............................................................................... 63. 2.9.1. Análisis general de los tramos ........................................................................ 63. Conclusiones Parciales ..................................................................................................... 64 CAPITULO 3. 3.1. APLICACIÓN DE LA EVALUACIÓN ................................................. 65. Metodología ........................................................................................................... 65. 3.1.1. Recopilación de información .......................................................................... 66. 3.1.2. Ubicación del tramo en soporte digital ........................................................... 67. 3.1.3. Análisis de las características geométricas por el cálculo de los índices de. alineamiento. ................................................................................................................. 67 3.1.4 3.2. Cálculo del Índice de Alineamiento ...................................................................... 68. 3.2.1 3.3. Cálculo de los indicadores de la planta y el perfil. ......................................... 67. Cálculo de tasa de cambio de curvatura.......................................................... 68. Cálculo de la Velocidad de Operación ................................................................... 69. 3.3.1. Cálculo de la Velocidad de Operación en Tramos Consecutivos ................... 69. vii.

(11) viii 3.4. Análisis de los tramos objeto de estudio mediante el programa IHSDM. ............ 71. 3.4.1. Cálculo de la consistencia por las ecuaciones TWOPAS ............................... 71. 3.4.2. Procedimiento del Modulo de Consistencia del IHSDM................................ 72. 3.4.3. Reporte de Consistencia de Diseño del IHSDM ............................................. 75. 3.5. Aplicación del modelo cubano. .............................................................................. 79. 3.6. Comparación de los Resultados del Método de Índices de Alineamiento, el. módulo de consistencia de Diseño del IHSDM y el modelo cubano................................ 81 Conclusiones Parciales ..................................................................................................... 87 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 88 Conclusiones ..................................................................................................................... 88 Recomendaciones ............................................................................................................. 90 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................... 0 ANEXOS ................................................................................................................................ 0 Anexo I. Manual del Programa IHSDM .......................................................................... 0. Anexo II. Reporte de Evaluación del IHSDM............................................................. 48. Anexo III. Hoja de Excel para el calculo de los índices de Alineamiento ................... 67. Anexo IV.. Hoja de Excel para el cálculo de los índices de Alineamiento Vertical...... 68. Anexo V.. Hoja de Excel para la aplicación de las ecuaciones TWOPAS. ................. 70. Anexo VI.. Hoja de Excel del modelo cubano para cálculo en la dirección de estaciones. crecientes.. 73. Anexo VII.. Hoja de Excel del modelo cubano para cálculo en la dirección de. estaciones crecientes. ........................................................................................................ 76 Anexo VIII.. Plano de Planta y Perfil de AutoCad ....................................................... 79. viii.

(12) INTRODUCCIÓN. INTRODUCCIÓN La seguridad vial y el diseño de la vía, tienen que formar una unidad, para lograr circulación con confort y seguridad, en el diseño se debe lograr una circulación eficiente para el volumen vehicular esperado, no obstante al empeño de proyectistas, administradores y explotadores la accidentalidad cada año crece, con mas de 1,2 millones de fallecidos y 50 millones que sufren lesiones por accidentes del tránsito. El objetivo de la Seguridad Vial es llevar a cabo las acciones suficientes y necesarias para lograr que la circulación por las vías tanto urbanas y rurales, se realice sin la ocurrencia de accidentes. En ello intervienen tres participantes fundamentales (vehículo, hombre y vía), entre los que debe existir equilibrio, ya que de no existir aparece el accidente. En los últimos 80 años el desarrollo de la ciencia y la técnica ha introducido cambios tecnológicos en los automóviles imposibles de imaginárselos en los años 20 ó 30 del siglo pasado, tales como sus dimensiones (ancho y largo), velocidad, sistema de frenado, iluminación, bolsas de aire, control por microcomputadora, confort, que permiten viajar a mayor velocidad y con la sensación. de mayor. seguridad. En relación con el hombre, no hay dudas que se ha ido adaptando a los cambios tecnológicos de los vehículos, no es el mismo chofer de los años 30 ó 40 , del siglo pasado, esta adaptación a los cambios paulatinamente introducidos, ha incidido incuestionablemente en la variación de su reacción ante estímulos similares. 9.

(13) INTRODUCCIÓN Aunque la mayoría de los accidentes son achacados a las deficiencias del hombre, en menor grado a los del los vehículos y raras veces a las de la vía, no existe la menor duda de la influencia de la vía en los mismos. En Cuba, aunque se reconoce el predominio del factor humano como causa principal de ocurrencia de los accidentes (Albentosa, 2006), los registros de los datos han estado habitualmente enfocados hacia la determinación de la responsabilidad más que hacia el análisis de las causas. Es el vehículo el que mayor desarrollo ha experimentado de los tres aunque en el caso especifico de Cuba este desarrollo se refleja de una manera limitada por causa de la variedad de los tipos de vehículos que circulan por la carretera, con tres generaciones de vehículos transitando. En cuanto a la vía, también se ha ido desarrollando, en virtud de los cambios de los vehículos, su volumen, velocidad, el desarrollo de nuevos materiales y de los equipos de construcción, así como la experiencia acumulada e investigaciones realizadas han ido modificando las normas de diseño,. por lo que aquéllas. carreteras construidas hace mas de 70 u 80 años, fueron diseñadas para los parámetros de aquéllos vehículos , aquellos choferes y aquellas normas y sin embargo se siguen utilizando por los vehículos y choferes actuales. El ejemplo más significativo en Cuba es la Carretera Central, inaugurada el 24 de febrero de 1931. La seguridad vial de una carretera puede estar determinada por cada uno de los elementos que la componen, entre los que destacamos; las características del transito, las dotaciones viales, el estado de las partes componentes de la vía, y el diseño geométrico de la misma. Para evaluar el transito se debe tener en cuenta los diferentes tipos de vehículos que circulan por la carretera tomando en cuenta su peso, velocidad, tipo de eje, el 10.

(14) INTRODUCCIÓN volumen del transito y otros elementos, comparando estos datos a las condiciones de transito para las que fue diseñada la carretera, lo que puede provocar condiciones favorables para la ocurrencia de accidentes. La existencia y estado de las dotaciones viales también pueden contribuir a la ocurrencia de accidentes del tránsito y la presencia de obstáculos que obstruyan la visibilidad del conductor, son factores que se toman en cuenta a la hora de evaluar el aporte de estos elementos a la seguridad vial. El estado de los elementos de la vía se evalúa por la determinación de los deteriores que ocurren en diferentes partes de la carretera como son la calzada, el paseo, taludes, obras de fábricas y puentes, evaluando las causas que dieron origen a estos deterioros, definiendo el estado de la carretera y el aporte de estos elementos a la seguridad vial. Para el caso de Cuba, en cada uno de los aspectos anteriormente mencionado (transito, dotaciones, estado de los elementos que componen la vía) se ha logrado evaluar la afectación a la seguridad vial con la excepción del diseño geométrico.. 11.

(15) INTRODUCCIÓN Objeto de estudio El presente trabajo tiene como objeto de estudio las vías de interés nacional de dos carriles de circulación, declaradas como rurales en la provincia de Villa Clara. Problemática Basado en esta panorámica y teniendo en cuenta el empeño del Ministerio del Transporte en estudiar este problema, así como la disponibilidad o factibilidad de contar con información estadística sobre la accidentalidad en el territorio, además de conocer las variables básicas que intervienen en este comportamiento, el problema científico que aborda este trabajo puede ser resumido en el planteamiento de la siguiente interrogante científica: ¿Como evaluar la seguridad vial del trazado de. una carretera rural de dos. carriles? Hipótesis La evaluación de la seguridad vial a partir del trazado geométrico de una vía de interés nacional de dos carriles permite, localizar lugares peligrosos en los que es posible la ocurrencia de accidentes de tránsito. Objetivo General Proponer y aplicar una metodología para la evaluación de la influencia del diseño geométrico en la seguridad vial, en las vías declaradas de interés nacional de la provincia de Villa Clara. Objetivos específicos. 12.

(16) INTRODUCCIÓN 1. Analizar el estado actual del conocimiento de la temática de investigación que permita conocer los métodos de evaluación de la consistencia del trazado como un aporte a la Seguridad Vial. 2. Procesar la información vial sobre los parámetros geométricos. 3. Elaborar una propuesta de metodología para la evaluación de la Seguridad Vial en las vías rurales de dos carriles de interés nacional. 4. Aplicar el los métodos mas actualizados para realizar una evaluación de la consistencia del trazado de la carretera por la realización de un ejemplo aplicando los datos de un tramo de una vía rural de dos carriles de interés nacional. 5. Elaborar una hoja de Excel programada para facilitar la aplicación del método cubano. 6. Elaborar un manual para facilitar el uso del programa IHSDM. 7. Analizar los puntos de posible ocurrencia de accidentes a partir de los resultados obtenidos en la evaluación del trazado de la carretera. 8. Proponer el uso del modelo cubano para la evaluación de la consistencia del trazado de las carreteras rurales de dos carriles de Cuba.. TAREAS DE INVESTIGACIÓN: 1. Recopilación bibliográfica preliminar, definición, aprobación del tema y elaboración del plan de trabajo. 2. Estado del arte sobre los métodos utilizados para la evaluación de la seguridad vial y tendencias actuales del proceso de utilización.. 13.

(17) INTRODUCCIÓN 3. Selección del tramo a evaluar y desarrollar el plan experimental para la toma de información en las carreteras de dos carriles de la provincia de Villa Clara. 4. Evaluar la velocidad en tramos de vías seleccionados. 5. Aplicar los métodos mas actualizados. para realizar la evaluación de la. seguridad vial. 6. Análisis y valoración de los resultados obtenidos. 7. Confeccionar un manual para la utilización del programa aplicada en la evaluación de la seguridad vial. 8. Confeccionar una hoja de Excel programada para la aplicación del modelo aplicado en la evaluación de la seguridad vial. 9. Análisis del contexto global de la tesis y redacción definitiva de la misma. NOVEDAD CIENTÍFICA Con la investigación realizada se podrá conocer un nuevo método de evaluación de la seguridad vial, aplicado a las vías de interés nacional de la provincia de Villa Clara, con la posibilidad de generalizarlo al resto del país. Además de la identificación de los tramos de concentración de accidentes, para facilitar la obtención de los datos necesarios para la exploración de este fenómeno, así como la sugerencia de ideas y recomendaciones para futuros estudios sobre el tema.. 14.

(18) INTRODUCCIÓN Aportes científicos relevantes •. Desarrollo de un nuevo enfoque metodológico general para el estudio del comportamiento de la seguridad vial.. •. Estudio del fenómeno de la accidentalidad, vinculado al diseño geométrico.. •. Aplicación de una nueva herramienta para analizar el comportamiento de los parámetros geométricos de la vía vinculados entre otras funciones relevantes a la evaluación de la seguridad vial.. Valor Metodológico Se ofrece una herramienta que permita conocer la incidencia del diseño geométrico en la seguridad vial, que se puede aplicar al resto de las vías del territorio. Valor Científico Con la investigación realizada se podrá conocer en mayor medida el comportamiento de la seguridad vial en la provincia de Villa Clara, además de poder generalizar el método utilizado a todo el país, a fin de facilitar la obtención de los datos necesarios para la exploración de este fenómeno, así como la sugerencia de ideas y recomendaciones hacia futuros estudios sobre el tema. Valor Práctico El trabajo realizado tiene un gran valor práctico, porque permite determinar y valorar la seguridad vial mediante un nuevo enfoque, que en este caso es el análisis de los parámetros geométricos de la vía.. 15.

(19) INTRODUCCIÓN Estructura del trabajo La estructura de la tesis mantiene una relación directa con la metodología de investigación establecida y, específicamente, con el desarrollo particular de cada una de las fases de la investigación. La misma se encuentra formada por una introducción general, tres capítulos, las conclusiones, recomendaciones y bibliografía, así como los anexos necesarios. El orden y estructura lógica del trabajo se establece a continuación: • Resumen • Introducción • Capítulo 1 En este capítulo se realiza un análisis del estado del arte de la temática, lo que posibilita justificar el desarrollo de la investigación. En el mismo se exponen los antecedentes y el estado actual del tema de la seguridad vial, accidentalidad y diseño geométrico vinculado a la accidentalidad haciéndose un análisis crítico de la bibliografía al respecto y se destacan los fundamentos teóricos principales, lo que permitió confirmar la hipótesis del trabajo y establecer la línea a seguir. • Capítulo 2 En este capítulo se realiza la formulación de la metodología para la evaluación de los aspectos geométricos de la vía en un sistema de seguridad vial de las vías rurales de dos carriles de interés nacional en la provincia de Villa Clara, de la etapa correspondiente de la metodología, describiéndose los métodos para la evaluación de todos los aspectos geométricos de la vía que influyen en la seguridad vial. 16.

(20) INTRODUCCIÓN • Capítulo 3 En este capítulo se realiza una aplicación de la metodología formulada en el capítulo. anterior, con el objetivo de confirmar la validez, valor. práctico y la. veracidad de la misma, presentándose los resultados de la evaluación de cada uno de los aspectos, los que son analizados cuidadosamente e integralmente para poder valorar el comportamiento en el tiempo de la seguridad vial y arribar a conclusiones. • Conclusiones • Recomendaciones • Referencias Bibliográficas • Anexos. 17.

(21) CAPITULO 1.. CAPITULO 1. 1.1. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO.. Seguridad Vial. La seguridad vial no es más que la reducción del riesgo de accidentes, fallecidos y lesiones en las carreteras, lograda a través de enfoques multidisciplinarios que abarcan ingeniería vial y gestión del tráfico, educación y formación de los usuarios de las carreteras y diseño de los vehículos (Radelat. 2002). El concepto de accidente, para el caso de Cuba, está definido por la Ley 60 del “Código de vialidad y tránsito”, y establece como accidente del tránsito: “el hecho que ocurre en la vía, donde intervienen por lo menos un vehículo en movimiento y como resultado produce la muerte, lesiones de personas o daños materiales.” La mayoría de los accidentes de tránsito no pueden ser atribuidos a una sola causa, y son el resultado final de una compleja secuencia de acciones e interacciones entre los componentes del llamado Sistema de Seguridad Vial: factor humano, la vía con su entorno y el vehículo, (Treat, 1979; Sabey, 1979) y de forma general contribuyen a la ocurrencia de los accidentes en la proporción mostrada en la figura 1.1.. 18.

(22) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. Figura 1.1 Incidencia de los factores simples y combinados en las causas de los accidentes de tránsito (en porcentajes). (Fuente: Treat, 1979). Un accidente de tránsito se puede considerar como una ruptura del balance que debe existir entre los tres componentes del sistema (Labrousse, 2003). Pero la interacción entre estos componentes es compleja y responde a las siguientes expectativas (Vollprach, 2002): Interacción entre el vehículo y la vía utilizada para la ingeniería vial. Interacción entre el factor humano (conductor y pasajero) y el vehículo. Interacción entre el factor humano y la vía. En Cuba, predomina el factor humano como causa principal de ocurrencia de los accidentes (Albentosa, 2006), y la intervención en los factores influye en las causas, a pesar de que los registros de datos han estado habitualmente enfocados hacia la determinación de la responsabilidad más que hacia el análisis de las causas. La vía es un elemento que de una manera especial en el modo de conducir, por lo que en lo adelante se dedicará a este componente del sistema de la seguridad vial el análisis. Las vías se han ido desarrollando en virtud de los cambios de los vehículos, su volumen, velocidad, el desarrollo de nuevos materiales y de los equipos de 19.

(23) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. construcción, así como la experiencia acumulada e investigaciones realizadas han ido modificando las normas de diseño,. por lo que aquéllas carreteras. construidas hace más de 70 u 80 años, que fueron diseñadas para los parámetros de aquellos vehículos, choferes y normas, se siguen utilizando por los vehículos y choferes actuales.(Mendoza A., Quintero F., Mayoral E., 2002). Cuba no está aislada de esta realidad y hoy en día un alto porcentaje de las vías en explotación fueron construidas antes de la década de los 50, dando respuesta a las características técnicas de los vehículos de aquel momento. Según el criterio de varios autores tales como (Radelat. 64. Díaz E. 1989, Serrano L. 2006 y Arbolaezm, 2007) se puede llegar a establecer diez atributos para una vía segura, con los aspectos siguientes: 1.. Aplicar normativas para la alineación planta perfil apropiada al. vertical, horizontal y la coordinación. terreno, atendiendo a las. expectativas de los. automóviles. Según la NC 53-02 (1986): Elaboración de proyectos de construcción. Carreteras rurales. Categorización técnica y características geométricas del trazado directo. 2. Una sección transversal adecuada en sus anchos de carril y paseo teniendo en cuenta los movimientos de giro del tránsito en las intersecciones. Hay que analizar las necesidades de todos los grupos de vehículos que utilizan la vía. 3. Mantener el control de los accesos y proporcionar los necesarios según la función que presta la carretera en la red rural. 4. Mantener la visibilidad y claridad en las entradas y salidas de las intersecciones, separando los movimientos del tránsito en caso de considerar altas las diferencias de velocidades. 20.

(24) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. 5. Mantener en buen estado los elementos de control del tránsito para propiciar la orientación correcta de los diferentes grupos de usuarios, con una buena señalización para los conductores con claras advertencias de los puntos de peligro. 6. Disponer de avisos que señalen con antelación los posibles cambios de ancho de sección transversal u otro cambio repentino en las alineaciones para que no sorprendan a los conductores. 7. Aplicar recomendaciones y normas que aseguren las adecuadas condiciones de la superficie del pavimento, sobre todo en los lugares que se prevean frenazos repentinos o pendientes con desnivel. 8. Mantener un apropiado nivel de iluminación, máxima en cruces de tránsito o de peatones u otro usuario de la vía. 9. Proporcionar zonas de resguardo para los motociclistas y peatones en lugares de conflicto, sobre todo en los puntos cercanos de toma de decisiones o de movimiento de giro. 10. Disponer de la administración vial y. medios que tienen en cuenta las. necesidades de todos los usuarios, así como del trabajo de comisiones que contribuyan a este proceso. Estos atributos se pueden agrupar atendiendo a los elementos que inciden en la seguridad de una carretera los que son: diseño, tránsito, dotaciones viales y el estado de las partes que componen la vía. La mayor cantidad de estos atributos pertenecen al elemento relacionado con el diseño ya que es el de mayor importancia al definir los parámetros de la carretera, aunque el cumplimiento de. 21.

(25) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. las normativas de diseño no implican una mayor seguridad, como asegura Sierra, 2004.. 1.2. Diseño geométrico. El diseño geométrico es la parte más importante dentro de un proyecto de construcción o mejoramiento de una vía, pues allí se determina su configuración tridimensional, es decir, la ubicación y la forma geométrica definida para los elementos de la carretera; de manera que ésta sea funcional, segura, cómoda, estética, económica y compatible con el medio ambiente. (Cárdenas J., 2002). Un diseño geométrico coherente armoniza con las expectativas de los conductores. Para realizar cualquier estudio sobre seguridad se deben analizar todos los elementos en que se divide el diseño (planta, perfil y sección transversal) para concebir una carretera completa y funcional, que cumpla los objetivos de seguridad vial y comodidad para los usuarios y compatibilidad con el medio ambiente, es decir que su construcción sea sostenible y los beneficios esperados sean mucho mayores que los costos. Estos elementos tratados con anterioridad y propuestos a valorar son, el trazado, el tránsito, las dotaciones viales y el estado de los elementos de la vía, Tránsito: Conocer el tráfico que ha de soportar una carretera es dato fundamental para proyectarla y valorar su seguridad. Es necesario conocer el número total de vehículos, su tipo, distribución en el tiempo y su factor de crecimiento anual; no solo para determinar la sección transversal; sino también las pendientes longitudinales máximas admisibles, su longitud, la magnitud de las capas que conforman poseer la estructura del pavimento; entre otras cuestiones. 22.

(26) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. Dotaciones viales: Pertenecen a este elemento la señalización horizontal y vertical de la vía, los que tienen un importante papel en la seguridad de una carretera, así como la iluminación que debe existir en las intersecciones, además de las defensas y otros aspectos que contribuyen a la seguridad. Estados de los elementos de la vía: La calzada, paseos, taludes y contra taludes, cunetas de drenaje, pertenecen a la sección transversal de la vía e inciden en la seguridad. Estos elementos se detallan en la sección transversal de una vía mostrada en la figura 1,2.. Figura 1.2: Sección típica de una vía. Fuente: Diseño Geométrico de carreteras Benítez.. Trazado: Los procedimientos de diseño son creados sobre el cimiento de leyes físicas, las matemáticas y un conocimiento empírico de las propiedades de los materiales. A partir de algunos “objetivos” que con frecuencia sólo tienen una justificación intuitiva y práctica (cargas de proyecto, vientos de proyecto, tormentas de proyecto, capacidad de proyecto, etc.), se intenta lograr que un “fallo” resulte adecuadamente poco frecuente. El trazado incluye las siguientes descripciones: 23.

(27) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. •. Descripción de la geometría transversal. •. Descripción de la geometría de la planta. •. Descripción de la geometría del perfil. •. Coordinación planta – perfil. Geometría de la sección transversal: incluye el diseño de los carriles de circulación, los acotamientos, bordillos, elementos del drenaje, así como los cortes y los terraplenes. A través de los años se han realizado estudios dirigidos a investigar los efectos en la seguridad vial, del ancho de carriles y acotamientos, tipo de acotamiento, pendiente transversal del pavimento, etc. Sin embargo, pocos han sido capaces de establecer el efecto de otros factores, tales como el alineamiento, la zona lateral libre de obstáculos, o de determinar las relaciones lógicas entre los tipos de accidentes y los elementos de la sección transversal, aunque parece haber consenso general sobre algunos aspectos del diseño de los elementos de la geometría transversal como son el ancho del carril y acotamientos recomendados, pendiente transversal, y la distancia de visibilidad. Geometría en Planta: Es más probable que los accidentes ocurran en las curvas que en las tangentes (secciones rectas de carretera). E l a u t o r Glennon, 1987 reporta que a frecuencia promedio de accidentes e n segmentos en curvas horizontales es tres veces la de segmentos en tangente, siendo esta relación de cuatro veces para accidentes de un vehículo del tipo “salidas del camino”. Adicionalmente, los segmentos en curva suelen tener mayores proporciones de accidentes severos en superficie mojada. En numerosos estudios se ha tratado de investigar la relación entre el proyecto de curvas horizontales y los accidentes; inclusive, se han identificado características 24.

(28) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. geométricas, de la sección transversal y del tránsito, relacionadas con la seguridad vial de las curvas horizontales, prestando atención al radio y la longitud de la curva, intensidad vehicular, el ancho de carriles, los peligros en las zonas laterales, la distancia de visibilidad de frenado, el alineamiento vertical en las curvas horizontales, la distancia a curvas adyacentes, la distancia a intersecciones cercanas, la presencia de dispositivos para el control del tránsito, etc. A su vez, Glennon, 1987 determinó que el radio es el principal factor que afecta la seguridad en curvas horizontales, pero que el ancho de acotamiento, el ancho de circulación y la longitud de la curva (en ese orden) son también importantes. Asimismo, encontró que radios de curvatura mayores a 500m no generan problemas de seguridad, pero que curvas con radios menores a ese valor están asociadas con un incremente abrupto en el riesgo. Por su parte el documento “Report Washington,. D. 6,. Transportation. C, 1987.” sugiere que la relación. Research. entre los. Board,. accidentes y la. geometría de la carretera tiene que ver con la consistencia de sus características dentro del contexto global del segmento de la carretera. Lo anterior sirvió como base para desarrollar guías para el “suavizamiento” de curvas (es decir, la reconstrucción de la curva para darle un mayor radio). Los resultados sugirieron que esto es rentable si el flujo vehicula excede los 750 vehículos por día, y la velocidad de proyecto se encuentra más de 25 km/h por debajo del percentil 85 de las velocidades de los vehículos aproximándose a la curva. Asimismo, se fortalece el uso del “suavizamiento” de curvas mediante argumentos sobre beneficios adicionales derivados a los usuarios en término de reducción de tiempos de viajes y costos de operación vehicular. Geometría del Perfil: Incluye las pendientes y las curvas verticales. Las curvas verticales en columpio rara vez son un problema (excepto cuando se encuentran en la vecindad de una curva horizontal), en tanto que en el caso de las curvas 25.

(29) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. verticales en cresta los problemas tienen que ver con la distancia de visibilidad. Las. pendientes. pronunciadas. están. generalmente. asociadas. con. mayor. frecuencia a los accidentes. El documento “Hazardous Road Locations” Paris, France, 1976, sugiere que la frecuencia y la severidad de los accidentes aumentan con la pendiente, tanto en el sentido ascendente como en el descendente. Así mismo, ha demostrado que el sentido descendente es más problemático, debido principalmente a los accidentes de camiones de carga, aunque se reconoce que el comportamiento y capacidad de frenado de estos últimos han mejorado en los últimos años.. Concluye que las pendientes. pronunciadas de más de 6% se asocian a una mayor presencia de accidentes.. El Autor Hedman, 1 9 9 0 plantea que en Suecia cualquier pendiente es potencialmente un problema y que las pendientes comprendidas entre 2.5 y 4% tienden a ser frecuentes en accidentes, en relación con segmentos horizontales adyacentes. Esto puede ser un reflejo de las condiciones climáticas de Suecia. Asimismo, sugiere que curvas y pendientes deben considerarse conjuntamente en relación con la ocurrencia de accidentes.. Coordinación planta – perfil: Más importante que el alineamiento vertical o el horizontal considerados individualmente, es la forma en que ambos se combinan a lo largo de un tramo de carretera.. Los alineamientos verticales y horizontales no. deben ser considerados independientemente entre sí, o independientemente de los estándares de proyecto aplicables al resto de la carretera.. 26.

(30) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. El Reporte 6, del Transportation Research Board, Washington, D C, 1987, señala al respecto, que aquellos casos en los que se violan las expectativas de los conductores, suelen ser importantes generadores de accidentes; por ejemplo, curvas horizontales precedidas de tangentes largas; intersecciones con alto flujo vehicular en zonas rurales aisladas; curvas horizontales compuestas en el mismo sentido, en donde la primera es muy ligera y la segunda muy pronunciada, etc. Así mismo, indica que la presencia simultánea de dos o más factores (pendientes, curvas, intersecciones), produce de 2 a 3 veces el número de accidentes que en segmentos sin esas características; y que la presencia de combinaciones de elementos geométricos genera mayor frecuencia de accidentes que la presencia de los elementos individuales.. La consistencia a lo largo de una carretera es importante. En otras palabras, el efecto del d i s e ñ o geométrico depende de su contexto y es determinante en la seguridad vial. 1.3. Metodologías para evaluar la consistencia del trazado. La consistencia del trazado de una carretera es un factor importante en el diseño de ésta, debido a su demostrada influencia en la accidentalidad. Aunque está implícita en aspectos de la normativa vigente, como la relación entre radios de curvas consecutivas y la velocidad de planeamiento, el uso de procedimientos específicos para su evaluación puede facilitar y mejorar su análisis. Los cuales son: 1. Cumplimiento de las normas vigentes 2. Indicadores del trazado 27.

(31) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. 3. Interactive Highway Safety Design Model: Modelo Interactivo de Diseño de Seguridad Vial ( IHSDM) 1.3.1 Cumplimiento de las Normas Las normas de ingeniería son importantes herramientas para ayudar a generar diseños, pero no determinan las dimensiones de cualquier elemento; sólo proveen información y antecedentes para ayudar a seleccionarlo. Las normas influyen, pero el diseño final es la suma de las decisiones tomadas en todo el proceso.. El objetivo de la práctica de un buen diseño debería ser exceder la norma límite, pero no cumplirla no significa necesariamente hacer un camino inseguro. Las normas de diseño geométrico no son la línea de demarcación entre seguro e inseguro, y el cumplimiento de los valores mínimos no garantiza que un camino sea suficientemente seguro, se expuso un ejemplo de cumplimiento de normas y sin embargo resultaba un diseño inseguro. (Sierra 2003) Cuáles normas se aplicarán, depende de las características del camino y de las características específicas del lugar, como la topografía y el desarrollo adyacente. Un diseño no se revisa simplemente con una lista de verificación de normas, sino con juicio y el diseño es una actividad en la cual el juicio y la experiencia tienen significativa importancia. Por la naturaleza del proceso, el diseño resultante no puede llamarse correcto o incorrecto, sino mejor o peor. Las herramientas más importantes de los proyectistas e ingenieros son su propia experiencia, estudio y entrenamiento, además de normas, publicaciones sobre temas relacionados y diseños anteriores similares.. 28.

(32) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. Con el cumplimiento de las normas en Cuba no se puede garantizar la seguridad vial a la hora de diseñar la carretera porque la norma analiza un vehículo y no toma en cuenta la interrelación entre varios vehículos. 1.3.2 Indicadores del trazado La consistencia del diseño geométrico de una carretera puede interpretarse mediante la relación entre las características geométricas de la misma y las que espera encontrar el conductor de un vehículo que circula por ella. Cuando el trazado corresponde a lo que el conductor espera encontrar, la vía es consistente, lo que minimiza la posibilidad que éste cometa errores y efectúe maniobras inseguras. La consistencia está íntimamente ligada con la homogeneidad de las características geométricas; si éstas permanecen dentro de un determinado rango a lo largo de un tramo, el conductor maniobrará de una forma constante, sin sobresaltos, lo que incrementa las condiciones de seguridad. Los métodos basados en la estimación del perfil de velocidades han sido empleados en países como Estados Unidos, Suiza, Alemania y Australia, utilizando como principal parámetro de evaluación la curvatura horizontal de la carretera. Se fundamentan en determinar la velocidad a la que un vehículo tipo puede circular a lo largo del tramo en estudio, afectándola únicamente por el trazado geométrico, y estableciendo comparaciones con criterios definidos. En los últimos años, además del valor del radio y de la curvatura horizontal, se ha involucrado el efecto de las inclinaciones de la rasante y de los acuerdos verticales, lo que da un mayor grado de representación a los modelos de simulación.. 29.

(33) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. Los procedimientos basados en la estimación del perfil de velocidades trabajan con la velocidad de operación y de proyecto (diseño): Velocidad de diseño: Es la seleccionada para proyectar y relacionar entre sí, las características físicas de. una. vía. que influyen en el movimiento de los. vehículos. Es la máxima velocidad segura a la cual los vehículos individuales pueden circular por un tramo de vía, cuando las características físicas de la vía son las que gobiernan la seguridad. Velocidad de Operación (V85): Es la mayor velocidad a la cual puede viajar un vehículo por una. vía determinada, bajo condiciones favorables del tiempo y. prevalecientes del tránsito, sin. que. en ningún momento exceda la velocidad. segura de la vía, determinada por su velocidad de diseño. Los procedimientos además se basan en diferentes criterios para mejorar las condiciones de seguridad de una carretera desde el punto de vista de la consistencia del trazado. (LAMM, R., et al. 1999): 1. Armonizar la velocidad de proyecto y la de operación. Idealmente, la velocidad de operación no debe superar en más de 10 km/h a la velocidad de proyecto. Diferencias superiores a 20 km/h indican que los vehículos circulan a velocidades superiores a aquéllas para las que fue diseñada la vía, y por tanto encontrarán en su recorrido elementos con características geométricas que no se corresponden con esa velocidad, lo que puede dar lugar a maniobras inseguras. 2. Armonizar la velocidad de operación entre elementos consecutivos. Al pasar de un elemento geométrico a otro, la diferencia de velocidad debe ser como máximo de 10 km/h. Una disminución de velocidad de más de 20 km/h incrementa la posibilidad de accidentes. 30.

(34) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. 3. Proporcionar seguridad dinámica en la conducción. Se debe comparar el rozamiento transversal movilizado realmente y el asumido en el diseño. La diferencia entre los dos coeficientes de fricción debe ser como máximo de 0.02, para asegurar que se ha efectuado un diseño adecuado. Las Investigaciones que evaluó el impacto de parámetros del diseño en tramos de carreteras rurales de dos carriles en los Estados Unidos, Alemania, Grecia, e Italia demostró, que el parámetro más exitoso para explicar características de la vía y las correspondientes tendencias del conductor respectivamente, la situación del accidente, es el parámetro de diseño de "la tasa de Cambio de Curvatura" de las Curvas singulares (CCRS). La fórmula simple para determinar CCRS con las curvas de la transición esta dada por la ecuación siguiente (Lamm, 1999,; Lamm, 2003/2004): CCRS = 63700*((Lci1/2R)+(Lcr/R)+(Lci2/2R)/ L) Donde: CCRS = la tasa de cambio de curvatura de una curva circular con curvas de transición [gon/km]*, L = Lci1 + Lcr + Lci2 = la longitud total de sección circular unidireccional [m], Lcr = la longitud de curva circular [m], R = el radio de curva circular [m], Lci1, Lci2 = las longitudes de clotoides (antes y después de la curva circular), [m]. * (La dimensión "gon" corresponde a 400 grados en un círculo en lugar de 360 grados según la definición europea.) Para lograr una mejor apreciación de la situación real de la accidentalidad CCRS fue evaluado en varios diseños. -, los clases de CCRS para 6 bases de datos grandes respectivamente, uno del E.E.U.U., cuatro de Alemania y uno de Grecia 31.

(35) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. que fundamentalmente todos revelan los resultados similares. Los resultados de uno de estas bases de datos se listan en la Tabla 1 para la tasa promedio de accidentes. Los resultados significantes de la Tabla 1 (Lamm, 1999,; Lamm2003/2004), indican: 1. Alineaciones horizontales curvilíneas suaves que consisten en tangentes o curvas de transición, combinadas con las curvas a los valores de CCRS de 180 gon/km experimentó el promedio de riesgo de accidente más bajo, clasificado aquí como un "diseño bueno"; 2. La tasa promedio de accidentes en las secciones con valores de CCR entre 180 y 360 el gon/km era por lo menos dos veces o tres veces tan alto como en las secciones con valores de CCRS- de hasta 180 gon/km, clasificada aquí como "diseño malo". 3. La tasa promedio de accidentes en las secciones con valores de CCRS mayor que 360 eran aproximadamente superior cinco a ocho veces que en las secciones con valores de CCRS de hasta 180 gon/km, clasificadas aquí como un "diseño Malo". Tabla 1.1: Resultados de pruebas de la tasa promedio de accidentes para diferentes clases de CCRS para Alemania (del Oeste) y para el E.E.U.U.. Fuente:(Lamm, 2003/2004). 32.

(36) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. Basado en los resultados de investigación de accidentes, puede asumirse que los rangos propuestos de CCRS representan un sistema de clasificación. Las clases de diseño definidos (clases de CCRS) están asociados con los tres criterios de seguridad mencionados, para desarrollar un procedimiento de evaluación de seguridad cuantitativo global para los nuevos diseños, y existiendo o alineaciones viejas de carreteras rurales de dos carriles. Para el propósito de este trabajo se hará mención de dos de estos tres criterios que se tratan específicamente de la consistencia del diseño. El Criterio de seguridad 1 Es de interés especial en el diseño geométrico de carreteras modernas "Lograr la Consistencia del Diseño" Esto significa que la velocidad de diseño (Vd) permanecerá constante en secciones más largas de la carretera, y se pondrá a punto al mismo tiempo con la manera actual de conducir del conductor, expresado por la velocidad del 85-percentil (V85) de automóviles bajo las condiciones de flujo libre. Esto se cataloga como nivel del diseño bueno, en la Tabla 2. Eso significa que la diferencia entre la velocidad del 85-percentil y la velocidad de diseño no excederá 10 km/h a lo largo del la sección de la carretera bajo observación. De esta manera, la característica de la carretera es bien equilibrada a lo largo del curso de la carretera. El Criterio de seguridad II La velocidad del 85-percentil será consistente a lo largo de la sección de la carretera, también. Esto se garantiza por el nivel del diseño bueno de Criterio de Seguridad II "Logrando Consistencia de Velocidad de operación" entre dos 33.

(37) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. elementos de diseño sucesivos (o de curva a curva o de tangente a curva). Eso significa las diferencias de velocidad de 85-percentil entre dos elementos consecutivos. La diferencia de velocidad entre elementos consecutivos tampoco debe exceder 10 km/h para la práctica buena del diseño (Tabla 2). De acuerdo con las diferencias de velocidad entre 10 y 20 los km/h corresponden a los niveles del diseños aceptables, mientras que la diferencias de velocidades mayores que 20 km/h definitivamente se clasifican como diseño pobre. para el Criterio de. Seguridad I y II. A partir del trabajo de Lamm en 1987 se han realizado estudios para desarrollar procedimientos y evaluar la consistencia del diseño geométrico de carreteras a partir de indicadores del trazado y han planteado fórmulas y modelos que permiten determinar el perfil de velocidades de operación de los automóviles a flujo libre en carreteras de dos carriles. Algunas de las ecuaciones se muestran en la tabla 2.. 34.

(38) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. Tabla 1.2: Ecuaciones para el cálculo de la Velocidad de Operación. Fuente: Sánchez J. F, 2006.. La comparación de la velocidad de operación con la velocidad de diseño y la comparación de la velocidad de operación entre elementos consecutivos permite 35.

(39) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. determinar si una vía tiene o no problemas de consistencia del diseño geométrico, de acuerdo con los criterios indicados en la tabla 2. Los índices de alineamiento son una medida cuantitativa de las características generales del trazado en un tramo de carretera; evalúan diferentes aspectos del mismo, tales como radios de curvatura, longitudes de tramos rectos e inclinaciones de rasante, entre otros. Tienen la ventaja de ser fáciles de medir y entender, y pueden evaluar aspectos del diseño en planta y del diseño en perfil. En Cuba todavía no se utiliza estos indicadores para evaluar la consistencia del diseño de las carreteras. Tabla 1.3: Calificación de la consistencia según velocidad. Fuente : Sánchez J. F, 2006.. 36.

(40) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO Tabla 1.4: Índices de alineamiento. Fuente: Sánchez J. F, 2006.. 37.

(41) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. Algunos de estos índices se han usado principalmente como estimadores de velocidad, pero no como indicadores en sí mismos de la consistencia del diseño geométrico, con excepción de la tasa de cambio de curvatura (CCR), que combinada con el cambio de velocidad entre elementos consecutivos ha sido planteada por Lamm (1987) con este propósito. El procedimiento más elaborado para evaluar la consistencia del diseño geométrico es el programa de computador IHSDM (Interactive Highway Safety Design Model).. 1.4. El Programa IHSDM. El IHSDM es un programa informático desarrollado por la FHWA, que permite evaluar varios aspectos de seguridad vial. El propósito práctico es dotar a los proyectistas viales con una herramienta de computación para considerar explícitamente las implicaciones sobre la seguridad de las decisiones de diseño geométrico, durante las fases de planeamiento, diseño final y revisión de construcciones o reconstrucciones viales. El IHSDM evalúa las opciones de diseño considerando sistemáticamente los alineamientos horizontal y vertical, las secciones transversales y los costados del camino. El programa está compuesto por seis módulos: -. Módulo de predicción de accidentes. -. Módulo de consistencia del diseño. -. Módulo conductor / vehículo. -. Módulo de revisión y diagnóstico de intersecciones. -. Módulo de revisión de normas 38.

(42) CAPITULO 1. -. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. Módulo de análisis del tráfico. El módulo de consistencia del diseño trabaja con ecuaciones planteadas por un grupo de investigación norteamericano que evaluó diferentes combinaciones de alineamientos en planta y en perfil y los correlacionó con las velocidades medidas, estableciendo modelos matemáticos que permiten definir el perfil de velocidades de operación y calificarlo de acuerdo a los criterios indicados en la tabla 3 mostrada anteriormente. Este módulo fundamenta su evaluación en el análisis del perfil de velocidades a lo largo del trazado y su comparación con la velocidad de proyecto (Vp). Así como, en la comparación de velocidades entre elementos consecutivos en planta. El perfil de velocidades se construye estimando el percentil 85 de la velocidad (V85). La evaluación se hace por cada uno de los dos sentidos de avance. Los resultados se presentan de manera gráfica (perfil de velocidades) y en tablas.. 1.5. Importancia de un modelo cubano. Con la aplicación del método de Índice de Alineamiento y del programa IHSDM, se nota que los resultados de cada método muestran valores de velocidad de operación muy distintos de uno a otro y aunque son capaces de evaluar la consistencia del trazado al introducir los datos del diseño geométrico de la carretera a ser evaluada, ninguno de los dos métodos pueden reflejar la velocidad de operación real de las carreteras cubanas porque cada método fue diseñado a partir de un amplio base de datos de carreteras rurales de 2 carriles de los E.E.U.U, Alemania y Grecia como es el caso del método de índices de alineamiento y el módulo de perfil de velocidad del programa IHSDM fue calibrado utilizando datos de más de 200 sitios en carreteras rurales de dos carriles en seis 39.

(43) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. estados de los E.E.U.U.. Esta base de datos es relativamente. grande y se. considera representativo para carreteras de los E.E.U.U pero el modelo resultante no se puede esperar reflexionar todas las variaciones de las carreteras en diferentes países.. Entonces es importante aplicar conocimiento local en la. interpretación de los resultados de estos métodos. 1.5.1 El modelo para las carreteras Cubanas Tomando en cuenta la necesidad de desarrollar un método de evaluación que toma en cuenta las condiciones del transito, los conductores y características geométricas de las carreteras de Cuba, la facultad de construcciones de la Universidad central de la Villas, por el trabajo de diploma de Liusbety Abreu, han logrado. realizar el desarrollo un modelo de ecuaciones para el calculo de. velocidades de operación adaptado a las carreteras cubanas. 40.

(44) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. Conclusiones parciales ¾ El diseño geométrico de la vía juega un papel fundamental en la seguridad vial.. Por eso es necesario implementar un sistema de evaluación del. diseño de las carreteras rurales de dos carriles, siendo estos los que mas presentan condiciones favorables para la ocurrencia de accidentes. ¾ En el caso de Cuba específicamente se a logrado evaluar como aportan a la seguridad vial la composición del transito, las señales verticales y horizontales y el estado de los elementos de la vía, pero no se ha valorado el aporte del diseño geométrico. ¾ Generalmente, los procedimientos actuales para diseñar los alineamientos solo confían en el cumplimiento de las normas: selección y aplicación de la velocidad directriz para proveer un aceptable-aunque no mensurable-nivel de seguridad.. Esto es excesivamente simplista para el desarrollo vial. actual, en que se demandan caminos más seguros. ¾ La aplicación del programa IHSDM y el método de Índices de Alineamiento son los métodos mas actualizados y mas aplicadas en la evaluación de la consistencia del trazado las carreteras de varios países por su amplia base de datos y capacidad para evaluar la consistencia del trazado de la carretera. ¾. Debido a la diferencia entre las condiciones el transito de los países desarrollas y Cuba, Estos dos métodos tiene la desventaja de que los estudios de las carreteras y conductores en esta base de datos no son capaces de reflejar los valores reales de velocidad de operación en las carreteras cubanas. 41.

(45) CAPITULO 1.. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO. ¾ El método cubano permite la evaluación de la consistencia del trazado de las carreteras rurales de dos carriles de Cuba por ser el único método que se confecciono un estudio de las carreteras y conductores de Cuba para la evaluación de la seguridad vial a partir del trazado geométrico de una vía de interés nacional de dos carriles en Cuba.. 42.

(46) CAPITULO 2.. CAPITULO 2. 2.1. PROPUESTA DE METODOLOGÍA. PROPUESTA DE METODOLOGÍA. Metodología de la investigación científica.. En este capitulo se desarrollara la evaluación del diseño geométrico de la carretera, primero aplicando el método de los índices de alineamiento y después se mostrara el proceso por lo cual se realiza la evaluación del diseño geométrica hecho con la ayuda del programa IHSDM aplicando el modulo de consistencia de diseño. En Cuba no está definida una metodología de evaluación de la influencia de los aspectos geométricos de la vía en un sistema de seguridad vial de las vías rurales de dos carriles, entonces existe la necesidad de crear una metodología para la evaluación del comportamiento de la seguridad vial, basada sobre todo en métodos utilizados en otros países, pero con modificaciones que se adecuen al entorno y condiciones del país que permitan, a partir de las experiencias existentes, evaluar el comportamiento de la seguridad vial que presta especial atención a la influencia de la vía y la forma en que condiciona la misma. Esta metodología para vías rurales se basa principalmente en la introducción y aplicación del programa IHSDM para la solución de problemas de la seguridad vial, directamente relacionados con los parámetros geométricos de la vía, de manera que el seguimiento de sus valores permita conocer la evolución del nivel de seguridad de la red de carreteras.. 43.

(47) CAPITULO 2.. PROPUESTA DE METODOLOGÍA. 2.1.1 Evaluación de la seguridad vial en el las carreteras rurales de 2 carriles de interés nacional. Propuesta de metodología para la evaluación de la seguridad vial atendiendo a la geometría del trazado. 1. Recopilación de información (inventario de los parámetros fijos de las carreteras,. longitud de los tramos de vía) y en la Dirección Provincial y. Municipal de Planificación. 2. Ubicación del tramo a analizar en soporte digital y completamiento de la información extraída de los parámetros fijos de la vía. 3. Análisis de las características geométricas por el cálculo de los índices de alineamiento. a. Cálculo de los indicadores de la planta y el perfil. b. Cálculo de los índices de alineamiento. c. Cálculo de velocidad de operación. d. Determinación de la calificación de la consistencia según la velocidad. 4. Análisis de los tramos objeto de estudio mediante el programa IHSDM. a. 4.1Cálculo de la consistencia aplicando las ecuaciones TWOPAS del programa IHSDM. b. 4.2 Procedimiento del Modulo de Consistencia de Diseño del programa IHSDM. 5. Comparación de los resultados. 6. Análisis final de los resultados 44.

(48) CAPITULO 2.. PROPUESTA DE METODOLOGÍA. Recopilación de información. A partir de los expedientes de la vía y del inventario de parámetros fijos archivados en el Centro información.. Provincial de Vialidad de Villa Clara, se inició. la búsqueda de. Se utilizó el software Mapinfo como complemento de la. documentación base, tales como: longitud del tramo y datos del inventario de los parámetros fijos de la vía. Localización del tramo en formato digital. Los planos de Autocad brindaron la posibilidad de poder obtener y verificar las información contenida en los parámetros fijos de la vía, ayudando así a la obtención de aspectos importantes como: niveles de la rasante, accesos (longitudes a la que están ubicados, destinos), ángulos de inflexión, tangentes, etc. Análisis de las características geométricas por el cálculo de los índices de alineamiento. En el método de índices de alineamiento se comienza con la confección de una tabla que contiene los datos necesarios para el cálculo de los indicadores de la carretera. Después se procede a calcular los indicadores de la carretera y los índices de alineamiento horizontal y vertical. Se utiliza los indicadores de alineamiento para calcular un valor de velocidad de operación.. Con este valor velocidad de. operación se evalúa la condición de la carretera.. 45.

(49) CAPITULO 2.. PROPUESTA DE METODOLOGÍA. Teniendo en cuenta que los tramos de vías a estudiar fueron construidos con anterioridad a la aplicación de las curvas de transición, se utilizaron las expresiones siguientes, válidas para curvas circulares simples:. 2.2. Cálculo de los indicadores del trazado. 1145.92 ⇒ Expresión(2.1) : Gradocurvatura R T ⇒ Expresión(2.2) : Radiocurva R= ∆ tg 2 20 * ∆ D= ⇒ Expresión(2.3) : Desarrollocurva Gc. Gc =. g = g 2 − g1 ⇒ Expresión(2.4) : Diferencia pendiente g * L ⇒ Expresión(2.5) : ordenada vertical entre el PV − PM de la curva. 8 K v = L ⇒ Expresión(2.6) : parámetro de la curva vertical. g. ev =. EstPC = PV − l ⇒ Expresión(2.7) : Estacionadocomienzo−curva EstPT = PC + L ⇒ Expresión(2.8) : Estacionado fin −curva. Donde: ∆ - ángulo de inflexión. g – diferencia entre las pendientes que se interceptan en el PV. g 1 - rasante de entrada. g 2 - rasante de salida. L – Longitud total de la curva parabólica vertical e/ el PC y el PT. T – tangente de la curva.. 46.

(50) CAPITULO 2.. 2.3. PROPUESTA DE METODOLOGÍA. Cálculo de los índices de alineamiento.. Se procede al cálculo de los índices de alineamiento (CCR, Gc), con la información obtenida con anterioridad. Tabla 2.1: Índices de alineamiento horizontal.. Fuente: Sánchez J. F, 2006.. 2.4. Cálculo de la velocidad de operación.. Según los autores Lamm y Choueiri (1987) a partir de los índices de alineamiento (CCR y Gc), se calcula la velocidad de operación, la cual permitirá determinar si una vía tiene problemas de consistencia del diseño geométrico; de acuerdo con los criterios indicados en la tabla 2.3 la que se define por las expresiones 2.10 y 2.11 según el caso. Voperación = 95.78 – 0.076 CCR ⇒ Expresión 2.10: Velocidad de operación en un punto dado de la vía. Voperación = 96.152 – 0.302 Gc ⇒ Expresión 2.11: Velocidad de operación en un punto dado de la vía.. 47.

(51) CAPITULO 2.. PROPUESTA DE METODOLOGÍA Fuente: Sánchez J. F, 2006.. 2.5. Determinación de la calificación de la consistencia.. Con los resultados obtenidos en el paso anterior se determina la calificación de la consistencia en función de la velocidad de operación, (ver tabla 2.3). Tabla 2.2: Calificación de consistencia según velocidad.. Fuente: Sánchez J. F, 2006 Tabla 2.3: Clasificación de la consistencia del trazado.. Fuente: Sánchez J. F, 2006 48.

(52) CAPITULO 2.. 2.6. PROPUESTA DE METODOLOGÍA. Análisis del tramo mediante el programa IHSDM.. Se presentara los pasos seguidos por el programa con el uso del modulo de consistencia de diseño en el proceso de evaluación del diseño geométrico. Se encuentra en el anexo de este trabajo de investigación, el manual confeccionado para facilitar el uso del programa IHSDM.. 2.7 Aplicación manual de las ecuaciones TWOPAS del programa IHSDM. El programa IHSDM aplica las siguientes ecuaciones para realizar la evaluación del diseño geométrico.. 49.

(53) CAPITULO 2.. PROPUESTA DE METODOLOGÍA Tabla 2.4: Ecuaciones TWOPAS. Fuente: Sánchez J.F, 2006.. 50.

(54) CAPITULO 2.. PROPUESTA DE METODOLOGÍA. 2.8 Procedimiento del Modulo de Consistencia de Diseño del programa IHSDM. El Módulo de Consistencia de Diseño (DCM) crea un grafico y un reporte de evaluación que muestra los resultados de la evaluación de la consistencia de diseño .El grafico DCM muestra los resultados de la evaluación del perfil de velocidad con un análisis de varias características geométricas del trazado. El Reporte de Evaluación DCM contiene tanto el resumen graficado como tabulado de los resultados del DCM. Una descripción breve de como utilizar el CDM. Figura 2.1. DCM Organigrama del Procedimiento de Evaluación.. El DCM evalúa la consistencia de velocidad de operación en una carretera de dos carriles, el primer paso en este proceso es estimar la velocidad del 85% de los 51.

(55) CAPITULO 2.. PROPUESTA DE METODOLOGÍA. vehículos (V85) en la sección bajo evaluación para un vehículo de diseño dado. Los pasos a seguir en el desarrollo de este perfil de velocidad se describe en esta sección y esta ilustrada en la Figura 2.. Figura 2.2. Organigrama de procedimiento del modelo del perfil de velocidad. 1. Seleccionar velocidad proyectada en tangentes (velocidad de diseño por defecto= 100 km/h o 62 mph). 2. Predeterminar la velocidad en cada curva horizontal utilizando ecuaciones empíricas de predicción de velocidad basados en datos recogidos de zonas en que existen curvas alrededor de los EE.UU La velocidad en la curva es una función del radio de curvatura y está afectada par el trazado vertical. 52.

(56) CAPITULO 2.. PROPUESTA DE METODOLOGÍA. Se asume que la velocidad se mantiene constante por toda la curva horizontal. 3. Ajustar velocidades para aceleración y deceleración (Los resultados del paso 2 y 3 es un perfil de velocidad Percentil 85 estimado tal como esta mostrado. en. Figure. 3.. La. distancia. disponible. para. aceleración/deceleración entre curvas (o sea, las longitudes tangenciales) se compara a la longitud requerida para acelerar de la velocidad estimada en la curva n a la velocidad proyectada, más la longitud para decelerar de la velocidad proyectada a la velocidad estimada en la Curva n+1. La longitud del tangente disponible contra la longitud de aceleración/deceleración en conjunto a la velocidad estimada en Curva n (Vn) contra estimada. en. la. Curva. n+1. (Vn+1),. determina. la. la velocidad condición. de. aceleración/deceleración para una sección de curva-tangente-curva dada. El ritmo de aceleración/deceleración esta basado en el radio de la curva. Para una combinación de curva-tangente-curva, la aceleración es una función del radio de la primera curva (Curva n), pero la deceleración es una función del radio de la segunda curva en una serie de curvas. (Curva n+1). Si el tangente no es suficientemente largo, es posible que la velocidad no alcance la velocidad de diseño.. Figura 2.3 ejemplo de perfil de velocidad de operación.. 53.

(57) CAPITULO 2.. PROPUESTA DE METODOLOGÍA. Figura 2.4. Perfil de velocidad de TWOPAS para el trazado del ejemplo (Paso 4), Predeterminar las velocidades limitadas por las inclinaciones utilizando las ecuaciones de TWOPAS.. 4. Selecciona las velocidades mínimas para cada elemento. Los perfiles de velocidad del Paso 3 y 4 se compara (Figure 5) y la velocidad mínima se selecciona a cada punto en el trazado para crear un perfil de Velocidad final (Figure 6).. Figura 2.5. Perfiles de velocidad del Paso 1 al 4 del Algoritmo del perfil de Velocidad para el trazado del Ejemplo dado.. 54.

(58) CAPITULO 2.. PROPUESTA DE METODOLOGÍA. Figura 2.6. Perfil de Velocidad Final del 85% Estimado para el trazado del Ejemplo dado. (Paso 5). 2.8.1 Salida de Datos Graficados del DCM La salida de datos del DCM (Figura 13) se muestra gráficamente por el icono de "Show Graphs" en el panel de Operación de Evaluación. Se muestra un perfil de velocidad de operación (V85) estimado con los resultados de las medidas de consistencia seleccionado por el usuario en ambas direcciones de movimiento de transito. Ver Sección 4.2.2. Varios puntos representando las características geométricas de la carretera a ser evaluada pueden mostrarse como una opción para el usuario como esta descrito en la Sección 4.2.3. 55.