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Mejoramiento operacional de intersección Autopista Medellín – Vía Subachoque (Puente Piedra) Mediante implementación de turboglorieta

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(1)

MEJORAMIENTO OPERACIONAL DE INTERSECCIÓN AUTOPISTA MEDELLÍN – VÍA SUBACHOQUE (PUENTE PIEDRA) MEDIANTE IMPLEMENTACIÓN DE

TURBOGLORIETA

JHON EDDISON CRUZ SARMIENTO Cod. 20142579055

JAIRO ANDRÉS HERNÁNDEZ SUÁREZ Cod. 20152579037

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA

(2)

MEJORAMIENTO OPERACIONAL DE INTERSECCIÓN AUTOPISTA MEDELLÍN – VÍA SUBACHOQUE (PUENTE PIEDRA) MEDIANTE IMPLEMENTACIÓN DE

TURBOGLORIETA.

Presentado por:

JHON EDDISON CRUZ SARMIENTO Cod. 20142579055

JAIRO ANDRÉS HERNÁNDEZ SUÁREZ Cod. 20152579037

TRABAJO DE GRADO

PARA OPTAR AL TÍTULO INGENIEROS CIVILES

TUTOR:

RODRIGO ELIAS ESQUIVEL RAMIREZ Ing. Civil,

Ing. Topográfico

Esp. en diseño geométrico de vías tránsito y transporte

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA

(3)

Nota de aceptación:

__________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________

__________________________ Firma del jurado

(4)

Bogotá, 16 de enero de 2019.

DEDICATORIA

Antes que todo a Dios, por seguir brindándonos vida para llegar hasta este punto y habernos dado fortaleza e inteligencia para lograr uno de nuestros tantos objetivos a nivel profesional, además de su infinita bondad y amor que nos han acompañado a lo largo de nuestro camino de vida.

A nuestras madres quienes han sido los mejores ejemplos a seguir y quienes a lo largo de estos 29 años nos han brindado las bases esenciales para ser unas personas honestas, emprendedoras y humildes.

(5)

AGRADECIMIENTOS

A nuestro tutor, el Ingeniero Rodrigo Esquivel le agradecemos el habernos orientado en el desarrollo de este documento, por las recomendaciones que oportunamente nos brindó permitiendo darle un enfoque adecuado a la tesis y por el tiempo invertido en la ejecución de las asesorías para el adelanto de cada uno de los capítulos que aquí se exponen.

Así mismo nos agradecemos a nosotros como compañeros en la elaboración de este trabajo de grado, por la fuerza y valentía de no sucumbir ante la impiedad de las noches más largas a las que nos hemos enfrentado, pues el apoyo y dedicación que fue dispuesta para el logro de uno de nuestros mayores propósitos de vida fue incondicional, junto con el complemento de nuestros conocimientos académicos que nos permitieron alcanzar el anhelo de ser ingenieros civiles.

(6)

CONTENIDO

1. RESUMEN ... 1

2. ABSTRACT ... 3

3. INTRODUCCIÓN ... 5

4. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ... 7

5. JUSTIFICACIÓN ... 11

6. OBJETIVOS ... 15

6.1 OBJETIVO GENERAL ... 15

6.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 15

7. MARCO REFERENCIAL ... 17

7.1 CLASIFICACIÓN DE CARRETERAS ... 17

7.1.1 SEGÚN SU FUNCIONALIDAD ... 18

7.1.1.1 PRIMARIAS ... 18

7.1.1.2 SECUNDARIAS ... 18

7.1.1.3 TERCIARIAS ... 18

7.1.2 SEGÚN EL TIPO DE TERRENO ... 18

7.1.2.1 TERRENO PLANO ... 19

7.1.2.2 TERRENO ONDULADO ... 19

7.1.2.3 TERRENO MONTAÑOSO ... 19

7.1.2.4 TERRENO ESCARPADO ... 20

7.2 CÁLCULO DEL TRÁNSITO ... 20

7.2.1 AFOROS ... 20

(7)

7.2.2.1 CONTEO MECÁNICO ... 21

7.2.2.2 CONTEO MANUAL ... 21

7.2.2.3 CONTEO ELECTRÓNICO ... 22

7.2.3 NOMENCLATURA EN CONTEOS VEHÍCULARES ... 23

7.2.4 VOLUMEN DE TRÁNSITO ... 24

7.2.4.1 VOLUMEN HORARIO DE MÁXIMO DE TRÁNSITO ... 27

7.2.4.2 VOLUMEN HORARIO MÍNIMO DE TRÁNSITO ... 27

7.2.5 AJUSTE Y EXPANSIÓN DE VOLÚMENES DE TRÁNSITO ... 27

7.2.6 FACTOR HORA PICO... 28

7.2.7 TRÁNSITO FUTURO ... 28

7.2.7.1 FACTOR DE PROYECCIÓN ... 31

7.2.7.2 OTROS MÉTODOS ... 32

7.2.7.2.1 MÉTODO ARTITMÉTICO ... 32

7.2.7.2.2 MÉTODO GEOMÉTRICO ... 32

7.2.8 NIVELES DE SERVICIO ... 33

7.2.8.1 NIVEL DE SERVICIO A ... 34

7.2.8.2 NIVEL DE SERVICIO B ... 34

7.2.8.3 NIVEL DE SERVICIO C ... 34

7.2.8.4 NIVEL DE SERVICIO D ... 34

7.2.8.5 NIVEL DE SERVICIO E ... 35

7.2.8.6 NIVEL DE SERVICIO F ... 35

7.2.9 DISTRIBUCIÓN Y COMPOSICIÓN ... 36

7.2.9.1 DISTRIBUCIÓN POR CARRILES... 36

(8)

7.2.10 COMPOSICIÓN ... 37

7.2.11 VEHÍCULO DE DISEÑO ... 37

7.3 DISTANCIAS DE VISIBILIDAD ... 46

7.3.1 DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA (Dp) ... 46

7.3.1.1 DISTANCIA DE PERCEPCIÓN Y REACCIÓN ... 46

7.3.1.2 DISTANCIA RECORRIDA DURANTE EL FRENADO ... 46

7.4 GLORIETAS CONVENCIONALES ... 48

7.4.1 DISEÑO GEOMÉTRICO ... 49

7.4.1.1 ESTUDIOS DE INGENIERÍA DE TRÁNSITO ... 49

7.4.1.2 CARÁCTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS ... 50

7.4.1.2.1 ISLETAS DIRECCIONALES ... 51

7.4.1.2.2 RAMAL DE SALIDA O RAMAL DE ENTRADA ... 54

7.4.1.2.3 PERALTE MÁXIMO (emáx) ... 56

7.4.1.3 CARACTERIZACIÓN OPERACIONAL ... 56

7.4.2 SEÑALIZACIÓN ... 57

7.4.2.1 VERTICAL ... 57

7.4.2.2 DEMARCACIÓN ... 60

7.4.2.2.1 CEDA EL PASO ... 61

7.4.2.2.2 FLECHAS ... 62

7.4.2.3 DELINEADOR DE CURVA HORIZONTAL ... 63

7.5 TURBOGLORIETA ... 64

7.5.1 CARACTERIZACIÓN ... 64

7.5.2 TIPOS DE TURBOGLORIETAS ... 67

(9)

7.5.4 ISLA CENTRAL ... 73

7.5.5 DIVISORES DE CARRIL ... 74

7.5.6 TRAYECTORIA DE BARRIDO HORIZONTAL ... 75

7.5.7 ANÁLISIS DE VELOCIDAD DEL VEHÍCULO EN EL CAMINO MÁS RÁPIDO. ... 77

7.5.8 COMPROBACIÓN DEL MODELO ... 78

7.5.9 ELEMENTOS CARACTERÍSTICOS ... 79

7.5.10 CARACTERÍSTICAS OPERACIONALES ... 80

7.5.11 APORTES A NIVEL INTERNACIONAL ... 82

7.5.11.1 HOLANDA ... 82

7.5.11.2 BÉLGICA ... 82

7.5.11.3 SUDÁFRICA ... 83

7.5.11.4 ALEMANIA ... 83

7.5.11.5 ESPAÑA ... 83

8. METODOLOGÍA DE TRABAJO ... 85

8.1 IMPLEMENTACIÓN DE TURBOGLORIETA EN INTERSECCIÓN AVENIDA AUTOPISTA MEDELLÍN VÍAS SUBACHOQUE (PUENTE PIEDRA)... 85

8.2 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO ... 85

8.2.1 LOCALIZACIÓN ... 85

8.2.2 RECONOCIMIENTO EN CAMPO ... 86

8.2.3 LEVANTAMIENTO ... 86

8.2.4 DESCARGA DE DATOS ... 87

8.2.5 ELABORACIÓN DE PLANOS TOPOGRÁFICOS ... 87

8.2.6 REGISTRO FOTOGRÁFICO: ... 89

(10)

8.2.8 PLANIMETRÍA ... 90

8.2.8.1 LEVANTAMIENTO VISTA PLANTA ... 90

8.2.8.2 LEVANTAMIENTO PERFILES VIALES ... 91

8.3 AFORO VEHICULAR ... 92

8.3.1 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN ... 97

8.3.2 CONTEO VEHICULAR... 97

8.3.3 RESULTADOS INTERSECCIÓN ... 101

8.3.4 CÁLCULO DE VOLÚMENES MÁXIMOS Y MÍNIMOS Y FACTOR HORA PICO 102 8.3.5 CÁLCULO DE VOLUMENES MÁXIMOS POR MOVIMIENTO ... 106

8.3.5.1 ACCESO NORTE ... 107

8.3.5.2 ACCESO SUR ... 109

8.3.5.3 ACCESO OESTE... 111

8.3.5.4 ACCESO ESTE ... 113

8.3.6 COMPOSICIÓN VEHICULAR POR MOVIMIENTOS ... 115

8.3.6.1 MOVIMIENTO 1 ... 115

8.3.6.2 MOVIMIENTO 2 ... 115

8.3.6.3 MOVIMIENTO 3 ... 116

8.3.6.4 MOVIMIENTO 4 ... 117

8.3.6.5 MOVIMIENTO 5 ... 117

8.3.6.6 MOVIMIENTO 6 ... 118

8.3.6.7 MOVIMIENTO 7 ... 119

8.3.6.8 MOVIMIENTO 8 ... 119

(11)

8.3.6.10 MOVIMIENTO 9 (2) ... 121

8.3.6.11 MOVIMIENTO 9 (3) ... 121

8.3.6.12 MOVIMIENTO 9 (4) ... 122

8.3.6.13 MOVIMIENTO 10 (1) ... 123

8.3.6.14 MOVIMIENTO 10 (2) ... 123

8.3.6.15 MOVIMIENTO 10 (3) ... 124

8.3.6.16 MOVIMIENTO 10 (4) ... 125

8.3.7 VOLUMEN HORA PICO POR MOVIMIENTO ... 125

8.3.8 VOLÚMENES DE TRÁNSITO FUTURO ... 127

8.3.8.1 TRÁNSITO FUTURO POR MÉTODO ARITMÉTICO ... 128

8.4 NIVEL DE SERVICIO ACTUAL ... 129

8.5 DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA (Dp) ... 129

8.6 DISEÑO DE TURBOGLORIETA ... 130

8.6.1 CARACTERIZACIÓN ... 130

8.6.2 VEHICULO DE DISEÑO SELECCIONADO ... 130

8.6.3 DISEÑO MANUAL DEL TURBO BLOQUE ... 131

8.6.3.1 ISLA CENTRAL ... 132

8.6.3.1 INICIO REMONTABLE DE DIVISOR DIRECCIONAL ... 134

8.6.4 DISEÑO 2D EN SOFTWARE TORUS ... 135

8.6.5 ANÁLISIS DE MODELOS ... 143

8.6.6 ANÁLISIS DE BARRIDO ... 146

8.6.6.1 MOVIMIENTO 1 ... 155

8.6.6.2 MOVIMIENTO 2 ... 155

(12)

8.6.6.4 MOVIMIENTO 4 ... 156

8.6.6.5 MOVIMIENTO 5 ... 157

8.6.6.6 MOVIMIENTO 6 ... 157

8.6.6.7 MOVIMIENTO 7 ... 158

8.6.6.8 MOVIMIENTO 8 ... 158

8.6.6.9 MOVIMIENTO 9 (1) ... 159

8.6.6.10 MOVIMIENTO 9 (2) ... 159

8.6.6.11 MOVIMIENTO 9 (3) ... 160

8.6.6.12 MOVIMIENTO 9 (4) ... 160

8.6.6.13 MOVIMIENTO 10 (1) ... 161

8.6.6.14 MOVIMIENTO 10 (2) ... 161

8.6.6.15 MOVIMIENTO 10 (3) ... 162

8.6.6.16 MOVIMIENTO 10 (4) ... 162

8.6.7 ISLETAS ... 163

8.6.8 ANÁLISIS DE VELOCIDADES ... 164

8.6.9 CONSOLIDADO DE DISEÑO ... 167

8.7 PRESUPUESTO ... 170

9. BENEFICIOS E INDICADORES ... 173

9.1 VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD MÁXIMA ... 173

9.2 REDUCCIÓN DE ACCIDENTALIDAD ... 176

9.3 EMBOTELLAMIENTO EN RAMALES DE ENTRADA ... 177

9.4 AUMENTO DE LA CAPACIDAD ... 178

9.5 MODELO FUNCIONAL ... 179

(13)

10. MATRIZ COMPARATIVA ... 182

11. GESTIÓN ANTE ENTIDAD GUBERNAMENTAL ... 185

12. CONCLUSIONES ... 186

BIBLIOGRAFÍA ... 189

(14)

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1 Acciones incorrectas en glorieta típica ... 8

Ilustración 2 Puntos de convergencia y divergencia en glorietas tradicionales de cuatro ramales. ... 9

Ilustración 3 Conflictos tipo en glorietas tradicionales. ... 12

Ilustración 4 Efecto túnel respecto a la velocidad ... 13

Ilustración 5 Nomenclatura en conteos vehiculares ... 23

Ilustración 6 Dimensiones y trayectoria de giro para un Vehículo Liviano ... 40

Ilustración 7 Dimensiones y trayectoria de giro para un Bus ... 41

Ilustración 8 Dimensiones y trayectoria de giro para un Bus Grande ... 42

Ilustración 9 Dimensiones y trayectoria de giro para un Camión Categoría 2 ... 43

Ilustración 10 Dimensiones y trayectoria de giro para un Camión Categoría 3 ... 44

Ilustración 11 Dimensiones y trayectoria de giro para un Camión Categoría 3S2 ... 45

Ilustración 12 Esquema básico de una intersección tipo Glorieta ... 50

Ilustración 13 Isleta sin berma ... 52

Ilustración 14 Isleta con berma ... 53

Ilustración 15 Isleta de Lágrima ... 54

Ilustración 16 Ancho del ramal de salida o de entrada ... 55

Ilustración 17 Señalización de dirección e información. ... 58

Ilustración 18 Dimensiones demarcación ceda el paso ... 61

Ilustración 19 Cruce controlado por señal Ceda el Paso ... 61

Ilustración 20 Flechas para vías con velocidades menores o iguales a 60 km/h ... 62

Ilustración 21 Delineadores de Curva Horizontal ... 63

Ilustración 22 Turboglorieta con tres (3) ramales ... 65

Ilustración 23 Turboglorieta básica en Rotterdam (Holanda) ... 66

Ilustración 24 Clasificación turboglorietas ... 70

Ilustración 25 Plantilla inicial del turbo bloque ... 71

Ilustración 26 Delantal con inicio recto y espiral ... 73

(15)

Ilustración 28 Radios de entrada al carril circulatorio interno ... 76

Ilustración 29 Análisis de velocidad del vehículo en el camino más rápido ... 77

Ilustración 30 Características turboglorieta ... 79

Ilustración 31 Intersección del kilómetro 13 Autopista Medellín con la vía Subachoque (Glorieta Puente Piedra) ... 85

Ilustración 32 Plano levantamiento topográfico glorieta puente piedra ... 90

Ilustración 33 Perfil sección 1A a 1B ... 91

Ilustración 34 Perfil sección 2A a 2B ... 91

Ilustración 35 Perfil sección 3A a 3B ... 91

Ilustración 36 Perfil sección 4A a 4B ... 92

Ilustración 37 Glorieta Puente Piedra ... 92

Ilustración 38 Glorieta existente ... 93

Ilustración 39 Formato de Aforo Manual ... 94

Ilustración 40 Resultados intersección hora pico ... 101

Ilustración 41 Resultados intersección total día aforo ... 102

Ilustración 42 Diseño definitivo del Turbo bloque ... 132

Ilustración 43 Isla central del Turbo bloque ... 133

Ilustración 44 Diseño de inicio de divisor direccional remontable ... 134

Ilustración 45 TORUS – herramientas de diseño ... 136

Ilustración 46 Ajustes del Programa... 136

Ilustración 47 Trazado de ejes en levantamiento topográfico ... 137

Ilustración 48 Herramienta Roundabout Wizard ... 138

Ilustración 4931 Selección de ramales... 139

Ilustración 50 Tipos de plantillas Turboglorietas ... 140

Ilustración 51 Orientación del Turbo bloque ... 141

Ilustración 52 Ventana “Orientación” ... 142

Ilustración 53 Turbo bloque definitivo... 143

Ilustración 54 Superposición de modelo manual y TORUS ... 144

Ilustración 55 Elementos de Turbo bloque consolidado ... 145

(16)

Ilustración 57 Ajustes del Programa... 147

Ilustración 58 Selección del vehículo de diseño ... 148

Ilustración 59 Icono para extracción de normatividad para vehículo de diseño ... 149

Ilustración 60 Información de normativa para vehículo de diseño ... 150

Ilustración 61 Inserción del vehículo de diseño ... 152

Ilustración 62 Direccionamiento del vehículo para barrido ... 153

Ilustración 63 Panel de configuración de trayectoria ... 154

Ilustración 64 Trayectoria de barrido Camión 3S2 ... 155

Ilustración 65 Trayectoria de barrido Camión 3S2 ... 155

Ilustración 66 Trayectoria de barrido Camión categoría 3 ... 156

Ilustración 67 Trayectoria de barrido Bus grande ... 156

Ilustración 68 Trayectoria de barrido Camión 3S2 ... 157

Ilustración 69 Trayectoria de barrido Camión 3S2 ... 157

Ilustración 70 Trayectoria de barrido Camión categoría 3 ... 158

Ilustración 71 Trayectoria de barrido Bus grande ... 158

Ilustración 72 Trayectoria de barrido Camión 3S2 ... 159

Ilustración 73 Trayectoria de barrido Camión 3S2 ... 159

Ilustración 74 Trayectoria de barrido Camión categoría 3 ... 160

Ilustración 75 Trayectoria de barrido Bus grande ... 160

Ilustración 76 Trayectoria de barrido Camión 3S2 ... 161

Ilustración 77 Trayectoria de barrido Camión 3S2 ... 161

Ilustración 78 Trayectoria de barrido Camión categoría 3 ... 162

Ilustración 79 Trayectoria de barrido Bus grande ... 162

Ilustración 80 Proyección de isleta separadora ... 164

Ilustración 81 Análisis de velocidad Bogotá - Vega en carril más rápido ... 165

Ilustración 82 Análisis de velocidad Bogotá - Vega en carril más rápido ... 165

Ilustración 83 Diseño final turboglorieta ... 169

Ilustración 84 Análisis de velocidades Movimiento 1 en Glorieta existente... 173

Ilustración 85 Análisis de velocidades Movimiento 2 en Glorieta existente... 174

(17)

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Tipos de conteo en tránsito ... 20

Tabla 2 Nomenclatura en conteos vehiculares ... 24

Tabla 3 Velocidades en km/h que determinan los niveles de servicio por tipo de terreno (vc) ... 35

Tabla 4 Clasificación vehículo de diseño (Ministerio de Transporte) ... 37

Tabla 5 Nomenclatura empleada para la descripción de los vehículos de diseño ... 38

Tabla 6 Dimensiones principales de los vehículos de diseño ... 39

Tabla 7 Distancias de visibilidad de parada en tramos a nivel ... 48

Tabla 8 Criterio de diseño de Glorietas ... 51

Tabla 9 Tipos de isletas ... 52

Tabla 10 Ancho de calzada en ramales de salida o de entrada en función del radio interior ... 55

Tabla 11 Señales aplicables a glorietas ... 59

Tabla 12 Alternativas geométricas de turboglorietas ... 67

Tabla 13 Dimensiones de radios de giro en diseño de turboglorietas ... 72

Tabla 14 Directrices para velocidades máximas recomendadas ... 78

Tabla 15 Relación registro fotográfico general ... 89

Tabla 16 Consolidado aforo manual ... 94

Tabla 17 Consolidado por periodos de 15 minutos y movimientos. ... 97

Tabla 18 Consolidado por acceso ... 99

Tabla 19 Consolidado por movimientos ... 100

Tabla 20. Volumen máximo hora pico ... 103

Tabla 21 Volumen máximo hora pico y FHP ... 105

Tabla 22 Volumen máximo y mínimo Acceso Norte... 107

Tabla 23 Volumen máximo y mínimo Acceso Sur ... 109

Tabla 24 Volumen máximo y mínimo Acceso Oeste ... 111

Tabla 25 Volumen máximo y mínimo Acceso Este ... 113

(18)

Tabla 27 Elementos del Turbo bloque de diseño ... 131

Tabla 28 Materiales recomendados para elementos en turboglorieta ... 133

Tabla 29 Licenciamiento TORUS 05.1 ... 135

Ilustración 4930 Selección de ramales... 139

Tabla 31 Convenciones superposición turbo bloques ... 144

Tabla 32 Licenciamiento AutoTURN Pro 10.2 ... 146

Tabla 33 Vehículos de diseño elegidos... 150

Tabla 34 Análisis de velocidades en turboglorieta ... 164

Tabla 35 Reporte de aceleración y desaceleración ... 167

Tabla 36 Dimensiones de elementos de la turboglorieta. ... 168

Tabla 37 Presupuesto Implantación De Turboglorieta En Intersección Glorieta Puente Piedra (Madrid - Cundinamarca) ... 170

Tabla 38 Porcentajes de reducción en la velocidad máxima. ... 174

Tabla 39 Reporte de aceleración y desaceleración ... 176

Tabla 40 Reducción de conflictos de entrecruzamientos ... 176

Tabla 41 Solución de embotellamiento con diseño planteado ... 177

Tabla 42 Aumento del área transitable en intersección ... 178

Tabla 43 Matriz de conflictos ... 180

(19)

ÍNDICE DE GRÁFICAS

Gráfica 1 Componentes tránsito futuro ... 31

Gráfica 2 Composición vehicular general ... 106

Gráfica 3 Composición vehicular Acceso Norte ... 107

Gráfica 4 Flujo Vehicular Acceso Norte ... 108

Gráfica 5 Composición vehicular Acceso Sur ... 109

Gráfica 6 Flujo Vehicular Acceso Sur... 110

Gráfica 7 Composición vehicular Acceso Oeste ... 111

Gráfica 8 Flujo Vehicular Acceso Oeste ... 112

Gráfica 9 Composición vehicular Acceso Este ... 113

Gráfica 10 Flujo Vehicular Acceso Este ... 114

Gráfica 11 Composición vehicular movimiento 1 ... 115

Gráfica 12 Composición vehicular movimiento 2 ... 116

Gráfica 13 Composición vehicular movimiento 3 ... 116

Gráfica 14 Composición vehicular movimiento 4 ... 117

Gráfica 15 Composición vehicular movimiento 5 ... 118

Gráfica 16 Composición vehicular movimiento 6 ... 118

Gráfica 17 Composición vehicular movimiento 7 ... 119

Gráfica 18 Composición vehicular movimiento 8 ... 120

Gráfica 19 Composición vehicular movimiento 9 (1) ... 120

Gráfica 20 Composición vehicular movimiento 9 (2) ... 121

Gráfica 21 Composición vehicular movimiento 9 (3) ... 122

Gráfica 22 Composición vehicular movimiento 9 (4) ... 122

Gráfica 23 Composición vehicular movimiento 10 (1) ... 123

Gráfica 24 Composición vehicular movimiento 10 (2) ... 124

Gráfica 25 Composición vehicular movimiento 10 (3) ... 124

Gráfica 26 Composición vehicular movimiento 10 (4) ... 125

Gráfica 27 Volumen hora pico por movimiento ... 126

(20)
(21)

1

1. RESUMEN

Este trabajo contiene la información obtenida acerca del estudio realizado en la comparación de las glorietas convencionales frente a la implementación de un nuevo modelo o diseño geométrico en intersecciones denominado turboglorietas, tomando como zona de estudio una glorieta tradicional ubicada en la intersección de la autopista Medellín con vía Subachoque (Puente Piedra) del municipio de Cundinamarca - Colombia, ésta investigación se determinó por medio del levantamiento topográfico, cálculo del tránsito, diseño geométrico o modelación y microsimulación del tránsito, apoyados de software especializado a nivel de ingeniería civil denominados TORUS y AutoTurn Pro desarrollados por la compañía Canadiense Transoft Solutions.

El presente informe contiene la cartografía y planimetría del levantamiento topográfico realizado, aforo manual, cálculo de los volúmenes de tránsito, factor hora pico en la intersección y por accesos, licenciamiento estudiantil del software para el diseño y simulación, reporte del diseño final y modelación con la simulación del tránsito con el vehículo de mayor barrido, información soporte con la que se elaboró un adecuado análisis de los beneficios y desventajas que se obtienen con la implementación de un nuevo diseño en intersecciones giratorias en este caso las turboglorietas, reemplazando el diseño existente regulado por una glorieta tradicional.

(22)
(23)

3

2. ABSTRACT

This work contains the information obtained about the study made in the comparison of the conventional roundabouts versus the implementation of a new model or geometric design at intersections called turbo roundabouts, taking as a study area a traditional roundabout located at the intersection of the Medellín highway. via subachoque (Puente Piedra) of the municipality of Cundinamarca - Colombia, this research was determined by topographic survey, traffic calculation, geometric design or modeling and microsimulation of traffic, supported by specialized software at the civil engineering level called TORUS and AutoTurn Pro developed by the Canadian company Transoft Solutions.

This report contains the cartography and planimetry of the topographic survey carried out, manual gauging, calculation of traffic volumes, peak hour factor at intersection and access, student licensing of software for design and simulation, final design report and modeling with the simulation of the transit with the vehicle with the largest sweep, supporting information with which an adequate analysis of the benefits and disadvantages obtained with the implementation of a new design in rotating intersections was developed, in this case turbo roundabouts, replacing the existing regulated design for a traditional roundabouts.

(24)

4

(25)

5

3. INTRODUCCIÓN

Dentro de los diversos problemas que aquejan actualmente a las personas que habitan las principales ciudades de Colombia se encuentran los represamientos vehiculares y aquellos relacionados con los niveles de accidentalidad presentes específicamente en las glorietas o también denominadas rotondas, donde los usuarios no tienen la capacitación suficiente o cultura para realizar el ingreso adecuado a ellas, obviando muchas veces su señalización y sentidos de circulación, generando una clara problemática que se hace necesario estudiar y evaluar para corregir.

Al realizar una evaluación inicial acerca de las soluciones a los niveles de flujo de tránsito vehicular y accidentalidad en intersecciones viales de la ciudad de Bogotá se puede evidenciar que la implementación de semáforos o glorietas tradicionales no mejora de manera representativa tal situación.

Existen estudios a nivel internacional donde se evidencia que a pesar de usar este tipo de obras, los usuarios en su gran mayoría no comprenden el funcionamiento correcto de ellas o en su defecto hacen caso omiso a su reglamentación, lo que conlleva a la necesidad de plantear o buscar nuevas alternativas de ingeniería como el caso de las turboglorietas, cuyos elementos geométricos garantizan que los usuarios transiten en mayor volumen, con mayor fluidez y sobretodo con un correcto ingreso a la intersección lo que las convierte en elementos que proveen mayor seguridad y eficiencia.

(26)

6 aspecto tan importante como lo es la seguridad vial, teniendo así una gran medida de adaptación y aplicación como solución vial.

(27)

7

4. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

Las glorietas convencionales son sin duda alguna un gran aporte que ha venido al mundo bajo el ingenio del Arquitecto Francés Eugene Hénard (1849 - 1923), pues aparte de poner solución a intersecciones realmente complejas, representa un método de muy bajo costo respecto a otros que cumplen con el mismo cometido; sin embargo el autor no considera en su planteamiento reflejar un método intuitivo y de fácil lectura para los usuarios llevando a convertir este invento en un elemento que ha afectado de alguna forma a cientos de personas en más de cien años alrededor del mundo desde su primera instauración hacia el año 1907 en la plaza de l’Étoile hoy más comúnmente conocida como plaza Charles de Gaulle.

La mecánica tradicional del funcionamiento de las glorietas consistía en otorgar prioridad a quien ingresaba a la rotonda con lo que tiempo después se comprendió que bajo esta modalidad las filas se generaban al interior del anillo de circulación. Tiempo después y de forma correcta se propone dar prioridad a quien está operando dentro de la misma para poder ingresar, trasladando la fila al acceso; una vez se ha logrado acceder se permite el desplazamiento entre carriles como estrategia para dirigirse en la búsqueda de su destino o salida, lo que promueve de forma equivocada el trenzado entre vehículos dentro de la glorieta aumentando la probabilidad de choque lateral.

Lo poco intuitivo del sistema, aunque tenga óptima señalización induce a que algunos usuarios no respeten a aquellos que llevan la prioridad, generando lo que Hénard definía como “puntos de conflicto entre trayectorias”, justamente el concepto que lo conlleva a idear la glorieta como solución.

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8 tránsito vehicular sea una experiencia que combina traumatismos no solo emocionales sino incluso aquellos que atentan directamente contra la preservación de la integridad física de los usuarios.

A continuación, se presentan las situaciones más comunes causadas por los usuarios de las glorietas en los ramales de entrada y salida, como en los carriles de circulación:

Ilustración 1 Acciones incorrectas en glorieta típica

Fuente: El motor https://motor.elpais.com/conducir/claves-entender-rotondas/ 1

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9 Las cifras de densificación poblacional en la Sabana de Bogotá han duplicado a las del crecimiento poblacional del país que están por el orden del 12% entre 2005 y 2015 según artículo publicado por el periódico El Espectador (Redacción Bogotá), dicho fenómeno se debe a la migración de habitantes capitalinos por varios factores entre los cuales se encuentran el aumento desaforado aumento del precio del terreno en la capital, inseguridad y violencia en las calles o simplemente la búsqueda de tranquilidad. Dicha situación impacta de manera negativa en las vías principales de estos territorios, entre esas la intersección de estudio (kilómetro 13 Autopista Medellín con la vía Subachoque - Glorieta Puente Piedra), pues el alto número de vehículos sumado a la velocidad con la que estos transitan acrecientan las posibilidades de accidentes y subsecuentemente taponamientos.

Ilustración 2 Puntos de convergencia y divergencia en glorietas tradicionales de cuatro ramales.

Fuente: Funciones de las rotondas urbanas y requerimientos urbanísticos de organización. 2

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10 Diariamente, según artículo publicado en el periódico El Tiempo (Redacción Bogotá 22/06/2012), en las tradicionales glorietas de Bogotá se presenta por lo menos un accidente de tránsito, fenómeno que podría contener causas que varían desde, las ya mencionadas, la intolerancia entre los ciudadanos, hasta la prisa con la que cada uno se desplaza sobre estas rotondas; todo enfocado a la persona y no al elemento.

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11

5. JUSTIFICACIÓN

En las grandes ciudades de Colombia se siente a diario los efectos de la oferta insuficiente de infraestructura vial, reflejados en la congestión, la accesibilidad y los tiempos de viaje principalmente. Por otra parte, en la infraestructura existente la regulación y control de las intersecciones se ha basado en el uso de intersecciones viales convencionales, a nivel y desnivel; cada una con ventajas y desventajas en términos de afectación urbanística, composición vehicular de la demanda esperada, capacidad, nivel de servicio, seguridad vial, requerimientos de supervisión y mantenimiento, etc.

La selección de alternativas en el evento de planear e implementar una intersección vial nueva o modificar una existente, involucra necesariamente la evaluación previa técnica, operativa, financiera, económica y urbanística; así como de otros aspectos relacionados con los anteriores, asociados a la seguridad vial, el diseño geométrico y todas las posibles restricciones por interferencia con redes de servicios públicos y demás especificaciones por cumplir.

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12 Se espera al término del presente proyecto conseguir una geometría tal que logre disminuir los puntos de conflicto (ver ilustración 3), mejorando su capacidad y con ello los tiempos de tránsito de los usuarios al interior del anillo de circulación; con la geometría planteada se pretende además disminuir la dependencia de los aspectos psicosociales presentes en la vía (prudencia o intrepidez, gentileza con el peatón, entre otros), con lo que subsecuentemente incurrirá en una sustancial disminución en las altas cifras de accidentalidad que hoy día son el punto de mira entre los usuarios.

Ilustración 3 Conflictos tipo en glorietas tradicionales.

Fuente: Safety Impacts of Modern Roundabouts (Kennedy, 2000) 3

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13 En la figura anterior se muestran los conflictos generales que se presentan en una glorieta tradicional, teniendo en cuenta los factores antes mencionados, donde el usuario mucha de las veces desconoce el carril adecuado por el que debe transitar para buscar la salida deseada.

Se espera además con la implantación de éste modelo vial en la intersección de la Autopista Medellín con la Vía Subachoque disminuir las maniobras que impliquen giros a la izquierda (lo que usualmente conlleva a cruces entre trayectorias y secantes), aumentando de esta forma el valor intuitivo del elemento, lo que ocasiona además la eliminación parcial de las resonantes confusiones entre los actores viales que desde hace varias décadas han representado los convencionales modelos.

Ilustración 4 Efecto túnel respecto a la velocidad

Fuente: Visión y velocidad en la conducción -

https://www.tuoptometrista.com/vision-y-conduccion/conduccion-y-velocidad/ 4

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14 El mejoramiento en los tiempos de tránsito al interior de la turboglorieta sin duda podría suponer aumento de la velocidad en el anillo de circulación lo que implicaría también un aumento en las probabilidades de siniestro tanto entre vehículos como hacía peatones por efecto túnel, que supone disminución del campo visual con altas velocidades, sin embargo, se espera disminuir dichas probabilidades de accidentalidad con la geometría propuesta y con ayuda de reductores de velocidad.(ver ilustración 4)

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15

6. OBJETIVOS

6.1 OBJETIVO GENERAL

Implementar un nuevo diseño geométrico denominado “turboglorieta”, en la intersección de la Autopista Medellín con la Vía Subachoque que conecta los municipios de Funza, Cota, El Rosal, Madrid y la ciudad de Bogotá como medida de solución vial para mitigar los niveles de tráfico y accidentalidad que allí se presentan, evaluando ventajas y desventajas frente al modelo de glorietas tradicionales.

6.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

✓ Definir la normativa y especificaciones técnicas vigentes que comprenden el diseño geométrico de una turboglorieta como mecanismo de solución al tráfico vehicular y su accidentalidad en intersecciones.

✓ Realizar levantamiento topográfico de la intersección de estudio, (Autopista Medellín con la Vía Subachoque), como base para la modelación en el software TORUS y AutoTURN, según parámetros técnicos del diseño de una turboglorieta.

✓ Presentar la cartografía y elaborar la planimetría de la intersección de acuerdo al levantamiento topográfico.

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16

✓ Adquirir las licencias del software especializado para la modelación y simulación de las turboglorietas (TORUS y AutoTURN).

✓ Modelar y simular mediante el uso de software especializado TORUS y AutoTURN respectivamente, la turboglorieta en la intersección con el fin de obtener sus reportes de diseño, planimetría de diseño definitiva y evidencia del comportamiento vehicular.

✓ Establecer las actividades y costos necesarios para la ejecución e implementación de una turboglorieta en una intersección para establecer un análisis comparativo frente a modelos tradicionales.

✓ Evaluación de ventajas y desventajas presentadas mediante una matriz acerca de la implementación de una turboglorieta planteada como solución vial en intersecciones, para su posible propagación en Colombia.

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17

7. MARCO REFERENCIAL

En este acápite se presentan los conceptos, planteamientos y resultados de las actividades e investigaciones realizadas en términos del aforo manual realizado a la intersección, la información concerniente a turboglorietas con datos de estudios en intersecciones reales y de simulación en software a nivel internacional, así mismo se muestra el resultado de la investigación tras el comparativo de una glorieta tradicional con los beneficios que trae consigo la implementación de un nuevo diseño con la elección de un tipo turboglorieta.

Para poder entender los parámetros a elegir dentro del diseño e implementación de una turboglorieta es necesario establecer los conceptos básicos que comprende todo el estudio del tránsito elaborado, revisando términos tales como el tipo de vía y terreno, volúmenes de tránsito, niveles de servicio, tipos de aforos y la velocidad con la que se desplazan los vehículos puesto que para poder establecer condiciones de seguridad vial, se hace necesario establecer los límites en los que los usuarios pueden transitar, así mismo permite establecer la velocidad permitida o adecuada a la que el usuario debe ingresar para el caso de curvas o intersecciones giratorias según la composición vehicular de la zona.

7.1 CLASIFICACIÓN DE CARRETERAS

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18

7.1.1 SEGÚN SU FUNCIONALIDAD

Las carreteras se clasifican según su funcionalidad de acuerdo a los intereses de la nación y a las necesidades operativas que se den en el territorio así:

7.1.1.1 PRIMARIAS

Este tipo de carreteras se caracteriza por conectar los departamentos de la nación, generando además el dinamismo entre el comercio del país. Son troncales, transversales y entradas a capitales siempre en condiciones pavimentadas.

7.1.1.2 SECUNDARIAS

Este tipo de carreteras se caracteriza por provenir de cabeceras municipales y conectarse con vías primarias, pueden ser afirmadas o pavimentadas.

7.1.1.3 TERCIARIAS

Este tipo de vías se caracteriza por unir cabeceras municipales con sus veredas, o veredas entre sí. Generalmente se encuentran en afirmado, y en caso de ser pavimentadas deben cumplir de acuerdo a lo establecido para el diseño de vías pavimentadas secundarias.

7.1.2 SEGÚN EL TIPO DE TERRENO

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19

7.1.2.1 TERRENO PLANO

Este tipo de terreno se caracteriza por poseer pendientes transversales al eje de la vía menores de cinco (5°) grados, su pendiente longitudinal por lo general no supera el tres (3%) por ciento; en la ejecución de su construcción no demandan mayor dificultad durante su proyección como en su explanación. Permiten que los vehículos pesados y livianos mantengan velocidades similares por su alineamiento horizontal y vertical.

7.1.2.2 TERRENO ONDULADO

Este tipo de terreno se caracteriza por poseer pendientes transversales al eje de la vía entre seis y trece grados (6° - 13°), su pendiente longitudinal por lo general oscila entre tres y seis por ciento (3% - 6%). En la ejecución de su construcción demandan una dificultad moderada en el movimiento de tierras durante su proyección como en su explanación. Los vehículos pesados en este caso mantienen una velocidad inferior a los livianos por la combinación de alineamientos horizontales y verticales, no lleva a operar a los vehículos por tiempo prolongado con velocidades sostenidas en rampa.

7.1.2.3 TERRENO MONTAÑOSO

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20

7.1.2.4 TERRENO ESCARPADO

Este tipo de terreno se caracteriza por poseer pendientes transversales al eje de la vía superior a cuarenta grados (40°), su pendiente longitudinal por lo general es superior al ocho por ciento (8%). En la ejecución de su construcción exige el máximo movimiento de tierras lo que genera grandes dificultades durante su proyección como en su explanación. Los vehículos pesados por la combinación de alineamientos horizontales y verticales operan con menores velocidades sostenidas en rampa en amplias distancias por tiempo prolongado en oportunidades repetitivas.

7.2 CÁLCULO DEL TRÁNSITO

7.2.1 AFOROS

Es necesario establecer el tipo de conteo a realizar en el presente trabajo de investigación; a continuación se relacionan los cinco tipos para la toma de datos según su finalidad:

Tabla 1 Tipos de conteo en tránsito

TIPO DE CONTEO FINALIDAD

DIRECCIONAL Su objetivo es clasificar los volúmenes acorde a la

dirección y el sentido del flujo vehicular.

DE CLASIFICACIÓN

Clasifica según la tipología del vehículo, sus características físicas tales como el peso y cantidad de ejes.

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21

CORDONES

Se realizan en los perímetros de las zonas a estudiar con el fin de determinar la cantidad de vehículos que salen y entran en un determinado tiempo.

OCUPACIÓN VEHICULAR

Su objetivo es establecer la cantidad de personas que ocupan los diferentes tipos de vehículos mediante registros en campo.

Fuente: Propia

7.2.2 MÉTODOS DE CONTEO

7.2.2.1 CONTEO MECÁNICO

Empleados en lugares situados a mitad de cuadra o en tramos continuos en

campo abierto. Existen aparatos mecánicos portátiles y fijos cuya utilización depende del objeto de estudio.”5, los equipos usualmente utilizados son los

siguientes: Detectores magnéticos, neumáticos, de espiral de inducción, de radar y contadores mecánicos portátiles.

7.2.2.2 CONTEO MANUAL

Para éste método es necesario la inclusión de personal capacitado en campo para su elaboración con registros en campo para la obtención de información detallada de: Clasificación vehicular, movimientos direccionales, dirección de recorrido, uso de carriles, condiciones de manejo según determinación climática.

Este tipo de conteo se realiza con un registro manual en formatos de papel o también con contadores manuales. Los datos que se pueden obtener por este

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22 medio son mayores que con otros métodos de conteo, ya que se pueden clasificar los vehículos por tipo, el número de ellos que transitan por la intersección y por cada uno de los ramales de entrada en una glorieta. Los recuentos pueden dividirse en 30 minutos e incluso 15 cuando el tránsito es muy denso, éstos se hacen en un formato de campo en hojas de papel.

Se utiliza por lo general en el conteo de volúmenes de giro y volúmenes clasificados, su duración puede variar dependiendo el propósito del aforo, este puede dividirse en horas pico y en horas denominadas valle. El personal requerido para este tipo de aforos puede hacerse desde una persona, y cuando existen periodos de tránsito muy alto, por una cantidad de personal ajustado a las condiciones existentes de la vía y/o intersección, se debe tener en cuenta que dicho personal debe llevar a cabo las instrucciones correctas para el conteo, la supervisión y cantidad de información obtenida, con el fin de que sea un aforo confiable y con el mayor grado de exactitud.

7.2.2.3 CONTEO ELECTRÓNICO

Este método es el más sencillo de realizar puesto que cuenta con la ayuda de dispositivos electrónicos capaces de realizar el conteo de manera automática, por lo general se establecen sobre la calzada “(a distancias entre 5 m y 12 m) para

determinación e identificación vehicular utilizando tecnologías como: láser infrarrojo activo, detector infrarrojo pasivo, radar a hiperfrecuencia, radar a efecto doppler, detector ultrasónico, detector de imagen para generación de lazos inductivos virtuales, detectores de vídeo de uso general y para aplicaciones especiales, etc..”6

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23

7.2.3 NOMENCLATURA EN CONTEOS VEHÍCULARES

En Colombia se encuentra establecido un tipo nomenclatura para los movimientos en intersecciones con el fin de brindar a los aforadores una estructura con la que se facilita el conteo y su diligenciamiento en campo.

Ilustración 5 Nomenclatura en conteos vehiculares

Fuente: Ingeniería de Tránsito y Transporte Ing. Esp. M.Sc. Martín Alexander Bejarano Cárdenas 7

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24

Tabla 2 Nomenclatura en conteos vehiculares

Fuente: Ingeniería de Tránsito y Transporte Ing. Esp. M.Sc. Martín Alexander Bejarano Cárdenas 8

7.2.4 VOLUMEN DE TRÁNSITO

Los volúmenes de tránsito poseen características específicas que determinan la viabilidad de proyectos, el dimensionamiento de la infraestructura y las medidas de control necesarias para un óptimo servicio.

Las características principales de los volúmenes de tránsito se enfocan en la temporalidad y la espacialidad de los viajes, pues los tiempos de viaje obedecen a una serie de elementos de decisión de las personas según sus motivos, orígenes y

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25 destinos, así como las zonas por donde se realizarán estos recorridos, las vías de mayor uso y demás elementos espaciales que determinen un volumen específico.

Tanto el proceso de un proyecto de construcción de una nueva vía, como el de ampliación de una vía existente, es imprescindible conocer las condiciones actuales de operación de los flujos vehiculares existentes, así mismo lo es establecer o estimar las condiciones que se espera obtener en el futuro, esto por medio del cálculo de los volúmenes de tránsito, que aunque en la mayoría de los casos se consideran datos subjetivos por su alto grado de error, ayudan en la determinación de los parámetros necesarios para el diseño de vías e intersecciones.

El volumen del tránsito puede ser definido como la cantidad de vehículos que transitan por un punto durante un determinado periodo de tiempo, y se puede expresar mediante la siguiente fórmula:

𝑄 = 𝑁 𝑇

Donde:

Q: Vehículos que pasan por unidad de tiempo. N: Número total de vehículos que pasan. T: Periodo determinado.

Es fundamental en la planeación y operación de la circulación vehicular, conocer las variaciones periódicas de los volúmenes dentro de las horas de máxima demanda, analizando en función de la distribución de los carriles, ramales de acceso, distribución direccional y composición.

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26 poder delimitar las capacidades de la vía y con ello definir posibles diseños en intersecciones con la planeación en la disposición de alternativas como lo es la semaforización, las glorietas o turboglorietas, deprimidos, puentes o soluciones sencillas como lo son reductores de velocidad para el control del flujo vehicular de acuerdo a los volúmenes de entrada principales y secundarios del tránsito, adicionalmente también ayudan a establecer controles como lo es la restricción de vehículos pesados en ciertos periodos de tiempo, prohibiciones de estacionamientos, entre otros.

Los datos sobre volúmenes de tránsito pueden ser utilizados ampliamente en el análisis de capacidad y niveles de servicio, la caracterización de flujos vehiculares, estudios de seguridad vial, en investigaciones sobre nuevas metodologías para el control del tránsito y el transporte, como también en las variaciones y tendencias de los volúmenes de tránsito ligado al desarrollo de infraestructura urbana que trae consigo la evolución vial.

Los volúmenes de tránsito deben ser considerados dinámicos, debido a que solamente son precisos únicamente al momento de realizar un aforo, ya que tienen variaciones que dependen de actividades tales como afectación por actividades tales como obras nuevas, adecuaciones, ampliaciones o mantenimientos, festividades, y como tal los periodos de tiempo “de las horas de máxima demanda, en las horas del día, en los días de la semana y en los meses del año, aún más, también es importante conocer las variaciones de los volúmenes de tránsito en función de su distribución por carriles, su distribución direccional y su composición.”9

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27

7.2.4.1 VOLUMEN HORARIO DE MÁXIMO DE TRÁNSITO

Máximo volumen registrado durante el periodo el periodo de estudio (Hora pico). Este se expresa en vehículos por hora.

7.2.4.2 VOLUMEN HORARIO MÍNIMO DE TRÁNSITO

Mínimo volumen registrado durante el periodo el periodo de estudio (Hora de menor demanda). Este se expresa en vehículos por hora.

7.2.5 AJUSTE Y EXPANSIÓN DE VOLÚMENES DE TRÁNSITO

Para este trabajo en particular se dio la situación de no contar con datos históricos de aforos realizados en periodos diarios, semanales, mensuales o anuales, para lo que se podría incorporar un conteo con estaciones maestras de aforo permanente o periódico, “que permitan determinar factores de expansión y ajuste aplicables a otros lugares que tengan comportamientos similares y en los cuales se efectuará la medición de aforos en periodos cortos”.10

La información que proporcionan los aforos continuos es muy importante toda vez que con ella se pueden identificar los patrones de variación horaria, diaria, periódica o anual del volumen del tránsito. Tal como se ha mencionado el volumen del tránsito se considera dinámico, sin embargo, tiende a tener variaciones cíclicas indicando un patrón con el que se puede sustentar el ajuste por expansión para el diseño de vías e intersecciones futuras.

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28

7.2.6 FACTOR HORA PICO

Factor que determina la homogeneidad de la carga vehicular dentro del periodo horario máximo.

𝐹𝐻𝑃 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑝𝑖𝑐𝑜

4 ∗ (𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑒𝑛 15 𝑚í𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠)

● El valor mínimo del FHP es de 0.25, lo que indica una carga puntual dentro de un sólo intervalo de 15 minutos en la hora.

● El valor máximo es de 1.00 que representa una carga vehicular uniforme en los cuatro periodos de 15 minutos.

● El FHP puede ser obtenido por movimiento, acceso y/o intersección.

● El volumen máximo en 15 minutos a tomarse deberá estar comprendido dentro del periodo de la hora pico encontrada.

7.2.7 TRÁNSITO FUTURO

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29 El volumen del tránsito futuro puede definirse como “el volumen de tráfico que tendrá

la vía cuando esté completamente en servicio.” 11, La expresión para poder calcularlo

es la siguiente:

TF = TA + IT

Donde:

TF: Tránsito futuro TA: Tránsito actual

IT: Incremento del tránsito al año del proyecto

El tránsito actual (TA) se obtiene por medio de aforos manuales o electrónicos, encuestas de dirección y datos históricos del tránsito en diferentes horas de las ciudades, entre otros. La forma de calcularlo es la siguiente:

TA = TE + Tat

Donde:

TE: Tránsito existente antes de la mejora

Tat: Tránsito atraído una vez terminada la construcción

Por otra parte el incremento de tránsito se considera como el volumen vehicular esperado al momento comenzar a usar la nueva vía o las mejoras realizadas y se calcula por medio de la siguiente expresión:

IT = CNT + TG + TD

(50)

30 Donde:

IT: Incremento de tránsito

CNT: Crecimiento normal de tránsito TG: Tránsito generado

TD: Tránsito desarrollado

El crecimiento normal de tránsito (CNT) está dado en porcentaje y se estima según las tasas de crecimiento del parque automotor.

El tránsito generado (TG) puede ser estimado en porcentajes entre un rango del 5% al 25% sobre el tránsito actual en un período de 2 años después de haber realizado la apertura de la vía.

Finalmente el tránsito desarrollado (TD) puede ser estimado en un 5% calculado sobre el tránsito actual y este se genera a partir del progreso generado en el suelo adyacente de la vía.

De acuerdo a las expresiones anteriormente dadas para el cálculo del tránsito futuro se puede consolidar la siguiente expresión:

TF = TA + IT

Reemplazando TA e IT tenemos,

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31

Gráfica 1 Componentes tránsito futuro

Fuente: (Volúmenes de Tránsito Futuro, 2017) Universidad la Gran Colombia12

7.2.7.1 FACTOR DE PROYECCIÓN

Otra forma de calcular el tránsito futuro es por medio del factor de proyección el cual relaciona el tránsito futuro con el actual obteniendo las siguientes ecuaciones:

𝐹𝑃 = 𝑇𝐹 𝑇𝐴

𝐹𝑃 = (𝑇𝐴 + 𝐼𝑇)

𝑇𝐴 =

(𝑇𝐴 + 𝐶𝑁𝑇 + 𝑇𝐺 + 𝑇𝐷) 𝑇𝐴

𝐹𝑃 = 1 +𝐶𝑁𝑇 𝑇𝐴 +

𝑇𝐺 𝑇𝐴+

𝑇𝐷 𝑇𝐴

El FP deberá especificarse para cada año futuro.

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32 El valor utilizado en el pronóstico del tránsito futuro para nuevas vías, sobre la base de un periodo de proyecto de 20 años, está en el rango de 1,5 a 2,5.

TF= FP (TA)

1,5 < FP < 2,5 para periodos de 20 años

7.2.7.2 OTROS MÉTODOS

Otra manera de calcular el tránsito futuro de forma aplicada y sencilla es por medio de métodos estadísticos. Éstos varían de acuerdo a los volúmenes del tránsito sean bajos o altos y su clasificación está dada por el método aritmético y método

geométrico.

7.2.7.2.1 MÉTODO ARTITMÉTICO

Respecto al método aritmético se tienen en cuenta los volúmenes de tránsito bajos o poblaciones donde hay poca densidad vehicular, la ecuación que representa el cálculo de éste método es la siguiente:

TF = TA (1 + ni) Donde:

n = Número de años

i = Tasa o rata de crecimiento

7.2.7.2.2 MÉTODO GEOMÉTRICO

Éste método se basa en volúmenes altos de tránsito o en poblaciones con altas densidades vehiculares o tráfico alto. La ecuación que lo representa es al siguiente:

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33 Para ambos métodos el factor de proyección se calcula mediante las siguientes fórmulas, teniendo en cuenta que en este caso se debe estima una proyección anual y total.

𝐹𝑃𝑃𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 =

(1 + 𝑖)𝑛− 1 𝑛𝑖

𝐹𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =

(1 + 𝑖)𝑛− 1 𝑖

7.2.8 NIVELES DE SERVICIO

Son utilizados para estimar la calidad del flujo vehicular. Es “una medida cualitativa

que descubre las condiciones de operación de un flujo de vehículos y/o personas, y

de su percepción por los conductores o pasajeros” 13. Tales circunstancias pueden

ser expresadas con factores tales como:

 Seguridad vial

 Velocidad de circulación

 Libertad de maniobras

 Comodidad de conducción

 Tiempos de marcha

Su clasificación está dada en seis (6) niveles que están definidos desde la letra A hasta la letra F, siendo el mejor nivel de servicio el A en términos de fluidez y confort del usuario, hasta llegar al nivel F que cuenta con las condiciones más desfavorables para los vehículos y/o personas.

A continuación se describen cada uno de los niveles de servicio:

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34

7.2.8.1 NIVEL DE SERVICIO A

Este nivel de servicio garantiza unas condiciones de fluidez excelentes (flujo libre), dentro de las cuales el usuario tiene la posibilidad de realizar las maniobras deseadas y con la mayor libertad posible, así mismo las velocidades en las que pueden desplazarse no afectan la movilidad entre usuarios.

7.2.8.2 NIVEL DE SERVICIO B

Este nivel de servicio está dentro del rango de fluidez estable, estando sutilmente debajo del nivel de servicio A toda vez que los usuarios para este nivel ya comienzan a percibir la presencia de otros cuando transitan, sin embargo el nivel de confort no se afecta de manera drástica y la elección de las velocidades no sufre ninguna afectación sustancial respecto al nivel de servicio A.

7.2.8.3 NIVEL DE SERVICIO C

Se encuentra aún dentro del rango de fluidez estable. En este nivel se marca el inicio donde los usuarios empiezan a tener mayor restricción en temas de maniobrabilidad y elección de velocidad puesto que hay mayor interacción entre ellos. El confort y la conveniencia se empiezan a ver afectados de manera significativa con respecto a los niveles de servicio A y B.

7.2.8.4 NIVEL DE SERVICIO D

(55)

35

7.2.8.5 NIVEL DE SERVICIO E

Se ubica en el límite de la capacidad de servicio, en este caso los usuarios encuentran altamente restringida la capacidad de aumentar la velocidad y de efectuar movimientos libres, puesto que al realizar algún tipo de acción afecta directamente al otro usuario obligándolo incluso a ceder el paso de manera forzosa; el confort y la conveniencia pueden llegar a verse tan afectados que pueden provocar frustración en el usuario. Este nivel se considera como inestable ya que cualquier aumento de flujo o ligera perturbación genera colapsos.

7.2.8.6 NIVEL DE SERVICIO F

Este nivel siendo el más desfavorable o de peores condiciones cuenta con flujo forzado, donde los usuarios se ven en situaciones donde los volúmenes vehiculares superan la capacidad generando colapsos que inducen a filas donde

“la operación se caracteriza por la existencia de ondas de parada y arranque,

extremadamente inestables”. 14

De otra parte la velocidad en la que transitan los usuarios también define el nivel de servicio al cual corresponde el corredor vial o carretera y esto se clasifica de acuerdo a la siguiente tabla:

Tabla 3 Velocidades en km/h que determinan los niveles de servicio por tipo de terreno (vc)

Fuente: (Escobar, 2007) Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia15

14 (Escobar, 2007)

(56)

36

7.2.9 DISTRIBUCIÓN Y COMPOSICIÓN

7.2.9.1 DISTRIBUCIÓN POR CARRILES

Debe ser considerada en la operación de calles y carreteras, medida en zonas urbanas y carreteras que conectan ciudades o municipios, puesto que para el primer caso que es la zona urbana se evalúan las capacidades de acuerdo a los carriles donde se evitan los giros o paradas por autobuses y taxis, que son los que llevan la mayor velocidad y capacidad, en el caso de una vía con tres carriles el carril que presenta el caso crítico de flujo es el central, ya que los laterales están condicionados a los factores mencionados anteriormente, y respecto a las carreteras que conectan ciudades se evalúan los volúmenes que transitan sobre el carril inmediato a la faja o isla central, ya que estos fueron diseñados para mayores velocidades y rebases.

7.2.9.2 DISTRIBUCIÓN DIRECCIONAL

Ésta distribución relaciona el volumen vehicular que se desplaza desde el centro de una ciudad hacia la periferia, la que indica por lo general el volumen máximo dado en la mañana en el centro de una ciudad y en la periferia en las tardes y noches.

(57)

37

7.2.10 COMPOSICIÓN

Básicamente la composición arroja el porcentaje sobre el volumen total de tránsito según la variación de distintos tipos de vehículos tales como automóviles, autobuses, camiones, camiones de varios ejes, motos y bicicletas.

7.2.11 VEHÍCULO DE DISEÑO

“El diseño geométrico de una vía está orientado a definir un trazado que facilite la circulación de los vehículos tanto en el sentido longitudinal como en su ubicación en el sentido transversal de la calzada.”16

Acorde a lo establecido en la Resolución 4100 del 28 de Diciembre de 2004 del Ministerio de Transporte, para efectos del diseño geométrico se adopta la siguiente clasificación:

Tabla 4 Clasificación vehículo de diseño (Ministerio de Transporte)

CLASE CAPACIDAD TIPO DE

VEHÍCULO

EFECTOS

Livianos Menos Toneladas (<5.0 T) de cinco

 Automóvil

 Camioneta

 Campero

 Distancia de visibilidad de parada

 Distancia de visibilidad de adelantamiento

Pesados Mayor Toneladas (>5.0 T) de cinco

 Buses

 Vehículos de transporte de carga

 Pendiente longitudinal

 Longitud crítica de pendiente

Fuente: Propia

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38 Acorde al Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del Instituto Nacional de Vías la nomenclatura a utilizar en la elección del tipo de vehículo de diseño se relaciona en la siguiente tabla:

Tabla 5 Nomenclatura empleada para la descripción de los vehículos de diseño

Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras - INVIAS17

Para la elaboración de un diseño óptimo que cumpla con las condiciones y anchos de carriles recomendables se deben de tener en cuenta las dimensiones del vehículo de diseño electo, puesto que este define los anchos de barrido en cada uno de sus ejes clasificándolos según el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del Instituto Nacional de Vías como se muestra en la tabla 6.

“Los radios mínimos de giro de un vehículo que se deben tener en cuenta en el diseño geométrico de las calzadas son: la trayectoria de la proyección delantera exterior del ancho del vehículo, la trayectoria de la rueda interior trasera y el radio mínimo de giro del eje central del vehículo. Las dos primeras trayectorias (exterior e interior) definen un espacio mínimo absoluto al realizar un giro de 180°, espacio que es indispensable controlar en el diseño de las calzadas de enlace en intersecciones y retornos y en el

cálculo de sobreanchos”.18Ver tabla 6.

(59)

39

Tabla 6 Dimensiones principales de los vehículos de diseño

Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras - INVIAS19

El vehículo de diseño deberá ser aquel que genere las condiciones más críticas y así mismo tendrá la facultad de transitar por la turboglorieta sin ningún tipo de obstrucción; esta actividad representa en cierto modo un paso esencial en la proyección de la Turboglorieta cuyas dimensiones se verán directamente afectadas con base en la trayectoria de barrido del vehículo. Para la definición del vehículo de diseño es indispensable conocer el tipo de flujo de tráfico que se movilizará.

Según parámetros técnicos Eslovenos y Serbios, cuando se diseña un vehículo de diseño relevante se toma un camión de 16.80 m de longitud con semirremolque, distinto a Alemania que no tiene presente el vehículo sino para proyectar el barrido y así poder definir el paso.

A continuación en las ilustraciones 6 a la 11, se muestran los vehículos de diseño para Colombia adoptados por el manual geométrico de carreteras:

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Ilustración 6 Dimensiones y trayectoria de giro para un Vehículo Liviano

Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 20

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41

Ilustración 7 Dimensiones y trayectoria de giro para un Bus

Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 21

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Ilustración 8 Dimensiones y trayectoria de giro para un Bus Grande

Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 22

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43

Ilustración 9 Dimensiones y trayectoria de giro para un Camión Categoría 2

Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 23

(64)

44

Ilustración 10 Dimensiones y trayectoria de giro para un Camión Categoría 3

Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 24

(65)

45

Ilustración 11 Dimensiones y trayectoria de giro para un Camión Categoría 3S2

Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 25

(66)

46

7.3 DISTANCIAS DE VISIBILIDAD

Una de las condiciones que debe garantizar el diseño geométrico al usuario o conductor del vehículo es una conducción segura en la que pueda visualizar ampliamente las características presentes sobre la longitud continua de la vía, para ello se deberán tener en cuenta la distancias de visibilidad de parada.

7.3.1 DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA (Dp)

Esta distancia es la necesaria para que el conductor de un vehículo pueda frenar con seguridad antes de alcanzar un obstáculo que se interpone en su trayectoria a lo largo de la vía cuando transita a la velocidad impuesta dentro del trazado.

La estimación de la longitud de la distancia de visibilidad de parada se realiza con la suma de dos distancias:

 Distancia de percepción y reacción.

 Distancia recorrida durante el frenado.

7.3.1.1 DISTANCIA DE PERCEPCIÓN Y REACCIÓN

Se obtiene mediante la adaptación de un tiempo de 2.5 segundos medido desde el momento en el que se ve el obstáculo hasta que se acciona el freno, la velocidad del vehículo en este lapso se mantiene uniforme a la establecida en el trazado.

7.3.1.2 DISTANCIA RECORRIDA DURANTE EL FRENADO

(67)

47 en cuenta que las llantas no pueden ser bloqueadas al aplicar los frenos (no debe haber deslizamiento por frenado en seco), y esta condición debe cumplirse aún en pavimentos húmedos, según estudio realizado por la AASHTO e implementado dentro del Manual de Diseño Geométrico de AASHTO – 2004.

La ecuación para el cálculo de la distancia de parada en pavimentos húmedos se define como sigue:

𝐷𝑃 = 0.278 𝑥 𝑉𝑒𝑥 𝑡 + 0.039 𝑥 𝑉𝑒

2

𝑎

Donde:

𝐷𝑃 = Distancia de Visibilidad de parada, en metros.

𝑉𝑒 = Velocidad Específica del elemento sobre el cual se ejerce la maniobra de

frenado, en km/h.

T = Tiempo de percepción – reacción, igual a 2.5 s. a = Rata de desaceleración, igual a 3.4 m/s2.

Reemplazando valores la ecuación definitiva es la siguiente:

𝐷𝑃 = 0.695 𝑥 𝑉𝑒+

𝑉𝑒2 87.18

(68)

48

Tabla 7 Distancias de visibilidad de parada en tramos a nivel

Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 26

7.4 GLORIETAS CONVENCIONALES

Dentro de los diversos tipos de glorietas se encuentra la de tipo “normal”, una de las más implementadas históricamente en Colombia y que actualmente continúa teniendo protagonismo entre los elementos viales de este país; esta glorieta tiene la característica de direccionar el flujo vehicular proveniente de diversos ramales mediante la imposición de una isla central, bordillos e isletas direccionales.

Por lo general y para un funcionamiento correcto, las glorietas normales deberían tener 3 o 4 ramales, esta solución representa mayor efectividad contra una intersección semaforizada siempre y cuando la intensidad de circulación esté

(69)

49 equilibrada entre los accesos. Si existen más de 3 ramales se deberá plantear una glorieta de mayores dimensiones lo que impulsa al aumento de velocidad al interior de los anillos de circulación.

Es importante mencionar que aunque las glorietas representan una solución vial eficaz en intersecciones durante el trazado se debe tener en cuenta la cantidad de carriles en los ramales de entrada a la calzada giratoria puesto que si se da el caso de una reducción de carriles en el ramal de entrada con respecto al anillo de circulación se generaría represamiento vehicular o el conocido “cuello de botella”, toda vez que interrumpe el flujo vehicular y no se aprovecha al máximo la capacidad vehicular para la intersección diseñada. El mismo caso puede darse de modo contrario, es decir, cuando la calzada giratoria posee un número inferior de carriles a los de los ramales de entrada.

7.4.1 DISEÑO GEOMÉTRICO

Los parámetros para el diseño geométrico de glorietas convencionales se encuentran definidos en el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del Ministerio de Transporte de Colombia y El Instituto Nacional de Vías - INVIAS, allí se establece cada uno de los criterios a tener cuenta para el correcto trazado de una intersección giratoria a nivel y son expuestos a continuación:

7.4.1.1 ESTUDIOS DE INGENIERÍA DE TRÁNSITO

Los estudios de tránsito que son requeridos para la proyección del trazado son los siguientes de acuerdo a lo sugerido en el manual de diseño geométrico de carreteras del Instituto Nacional de Vías:

 Diagrama de flujos vehiculares, composición vehicular y automóviles directos equivalentes (a.d.e.).

(70)

50

 Proyección tránsito futuro para diseño entre 10 y 20 años.

 Análisis de la capacidad según volumen máximo horario.

 Pre dimensionamiento de la propuesta planteada.

7.4.1.2 CARÁCTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS

Una glorieta tradicional posee los elementos que se destacan en la siguiente ilustración, lo cuales hacen parte del análisis de la capacidad, proyección del volumen máximo horario, composición vehicular, vehículo de diseño y factores de seguridad, que hacen parte del estudio de tránsito:

Ilustración 12 Esquema básico de una intersección tipo Glorieta

Fuente: Manual de Diseño Geométrico de Carreteras INVIAS 27

Figure

Ilustración 2 Puntos de convergencia y divergencia en glorietas tradicionales de cuatro ramales
Ilustración 6 Dimensiones y trayectoria de giro para un Vehículo Liviano
Ilustración 8 Dimensiones y trayectoria de giro para un Bus Grande
Ilustración 15 Isleta de Lágrima
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