Evaluación práctica de niveles de servicio de carreteras convencionales de dos carriles en España

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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL.TRANSPORTES

E.T.S.DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

EVALUACIÓN PRACTICA

DE NIVELES DE SERVICIO

DE CARRETERAS CONVENCIONALES

DE DOS CARRILES EN ESPAÑA

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AUTOR: Manuel Romana García

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

DIRECTOR: Mariano Gullón Lów

Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

(2)

EVALUACIÓN PRÁCTICA DE NIVELES DE

SERVICIO DE CARRETERAS CONVENCIONALES DE DOS

CARRILES EN ESPAÑA

AUTOR: Manuel Romana García

DIRECTOR: Mariano Gullón Lów

TRIBUNAL CALIFICADOR

Presidente Vocal 1

Vocal 2

Vocal 3

Vocal Secretari

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V i c W ^o+cb-z bhn¿,

Acuerdan otorgar la calificación de:

APTO cot\ L#Ü D€ ®P WA ¡J[ Uiú/f-D

(3)

AGRADECIMIENTOS

Dijo un autor clásico que "dedicar un libro es una forma de pedir l i m o s n a " . Esto puede ser muy aplicable a un libro normal, dado que en general la dedicatoria responde a un deseo de que otros bolsillos, distintos de los del autor y presumiblemente más desahogados, costeen la edición. Pero esto suele hacerse con el libro ya escrito, con lo que se puede mostrar a la víctima propiciatoria el ingenio o el valor del t e x t o . Hacer esto, qué duda cabe, facilita la tarea de pedir, ya que la calidad del libro puede mover al donante a implicarse en su publicación.

El caso de una tesis doctoral es un punto más paradójico, por cuanto para llegar a esta página el autor ya ha tenido que pedir diversas cosas a todos los aquí citados -y a muchos más-, de forma que se pide limosna antes de que los que la tienen que dar vean la calidad y esfuerzo del trabajo. Por esto la página trata, como es de ley, de agradecimientos. En mi caso, como en tantos otros, han sido muchas las personas que han hecho posible que este t e x t o pueda ver los ojos de los miembros del tribunal que deben juzgarlo.

Mi casa durante toda la elaboración de esta tesis ha estado en el Laboratorio de Caminos de la Escuela (de Caminos, claro). Todo su personal ha puesto muchas horas de trabajo y cariño en todo lo que les he pedido. Más directamente implicados en tareas de auxilio y reducción de datos han estado José Antonio de la Calle, Sebastián Jiménez, Paco Plaza y Julián Romo, pero también han ayudado Virginia M i r ó n , Marian Montero y Florentino Martín.

Gracias también a Félix Pérez, que me ayudó material y moralmente para terminar por fin la tesis. Y a Alberto Camarero y María Castro, que me espolearon cuando lo necesitaba. Vicen y Ángeles me ayudaron con tareas diversas y muy importantes, como construir el alimentador de las cámaras, medir los tramos o reducir datos en interminables hojas de cálculo. José Simontalero y sus hermanas Rocío y Teresa me prestaron su cámara de vídeo para t o d o s mis ensayos.

El apoyo principal de la tesis fue, claro, su director, Mariano Gullón, que supo siempre encaminar mis esfuerzos en la dirección adecuada. Gracias también a Miguel Ángel del Val y a Carlos Kraemer, que me apoyaron para comenzar mi tesis, me exigieron que la terminara y me dieron entre estos dos momentos sabios consejos y crítica clara e imparcial.

(4)

mediante el presente escrito autorizo su (2):

í)0 Consulta en Biblioteca.

fy Reproducción parcial por fotocopia de las páginas/Capítulos ( ): ,

í>$ Reproducción total mediante fotocopia.

con las dos condiciones que seguidamente se indican:

1. Que, por parte de la Dirección de la Biblioteca se me comunique a la dirección que indico al pie del presente escrito, el uso que a tenor de cuanto queda autorizado en este escrito, haya sido objeto la

mencionada Tesis Doctoral.

2. Que, en el caso de que alguna parte de su contenido sea, utilizado en alguna publicación o trabajo de carácter científico o técnico, se cite el origen de la información.

Madrid, •10 de ¡ l e ^ r o de1.9 7.j~

AUTOR DE LA TESIS:

Nombre: h M ^ L ¿ Z O H K / J K G ^ c f A

Domicilio u&ft £L £IIO IO/J (o /-° L

C. Postal ¿\L(,o Ciudad G M A v ^ c K Telf.: l^TF - m - 4 >

(5)

RESUMEN

En la presente investigación se realiza una revisión de los criterios de evaluación de niveles de servicio en carreteras convencionales de dos carriles, seguida por una nueva propuesta de evaluación a partir de los parámetros de circulación que afectan directamente al conductor.

El nivel de servicio de carreteras de dos carriles se ha determinado tradicionalmente a través de dos factores: la velocidad de recorrido y la relación intensidad/capacidad. El primer parámetro es demasiado simple, y no revela bien os cambios en el nivel de servicio, por ser la curva i-v demasiado plana. El segundo es una medida macroscópica, que el conductor no percibe, y que sólo interesa al administración de la carretera.

La presente tesis comienza por establecer un método de toma de datos de tráfico en carreteras mediante la utilización de técnicas de vídeo y programas de ordenador, con el objeto de minimizar el tiempo de análisis y permitir el empleo de técnicas sencillas que pueden ser empleadas sin necesidad de adquirir equipos muy costosos y especializados. Con este método se tomaron datos en cuatro carreteras con intensidades de circulación medias a altas. Los períodos de toma de datos fueron de tres horas por carretera. Para el análisis de características se consideraron períodos del orden de 5 minutos, sin interrumpir ninguna cola.

(6)

Se opta por los parámetros porcentaje de vehículos demorados y velocidad media temporal, y se deciden los umbrales de cada nivel de servicio según cada variable. El método permite la caracterización del nivel de servicio en una carretera a partir de mediciones simples durante cuatro períodos del orden de 15 minutos a lo largo de dos horas. El método es directamente aplicable a carreteras en servicio. Para carreteras en proyecto se ofrece una relación del porcentaje de vehículos demorados con la intensidad.

(7)

The proposed method allows the assessment of LOS in a given road based on simple measurements take during four 15-minute periods in a total time of two hours. For LOS estimations in future roads, a curve is given relating flow with percent of delayed vehicles.

(8)

TESIS DOCTORAL:

EVALUACIÓN PRÁCTICA DE NIVELES DE SERVICIO

DE CARRETERAS CONVENCIONALES DE DOS CARRILES EN ESPAÑA

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS 1 1.1. INTRODUCCIÓN. PLANTEAMIENTO DEL

PROBLEMA. 1 1.2. OBJETIVOS 8 1.3. METODOLOGÍA 9

2. PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO. PROCEDIMIENTO DE

RECOGIDA DE DATOS 11 2.1. DISEÑO DEL EXPERIMENTO 11

2.2. MEDIOS EMPLEADOS 11 2.2.1. Introducción 11 2.2.2. Medios empleados por otros autores 12

2.2.3. Ventajas y desventajas de cada método 17 2.2.4. Método escogido para la toma de datos 21 2.3. VARIABLES A MEDIR. DATOS A RECOGER 25

2.4. ANTECEDENTES 26

3. TOMAS DE DATOS REALIZADAS 28 3.1. SELECCIÓN DE EMPLAZAMIENTOS PARA TOMA DE

DATOS 28 3.2. TOMAS DE DATOS REALIZADAS 31

(9)

ÍNDICE

4. PROCESO DE DATOS EN GABINETE 38

4.1. INTRODUCCIÓN 38 4.2. PERÍODO DE ESTUDIO 39

4.3. INTENSIDAD, INTERVALOS E IDENTIFICACIÓN DE

LOS TIPOS DE VEHÍCULO 40 4.4. DENSIDAD EN CADA CÁMARA 42 4.5. DENSIDAD ENTRE CÁMARAS 43 4.6. TIEMPO DE RECORRIDO Y ADELANTAMIENTOS 44

5. VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LA EVALUACIÓN DEL

NIVEL DE SERVICIO 47 5.1. INTRODUCCIÓN. VARIABLES MACROSCÓPICAS Y

MICROSCÓPICAS 47 5.2. ESTIMADORES DEL NIVEL DE SERVICIO 49

5.2.1. Introducción 49 5.2.2. Velocidad de recorrido 50

5.2.3. Intervalos y porcentaje de tiempo con demora 52

5.2.4. Columnas o colas 53

6. ESTUDIO DE INTERVALOS 57 6.1. INTRODUCCIÓN 57 6.2. CARACTERÍSTICAS DE LOS INTERVALOS

MEDIDOS 62 6.2.1. Intervalos recogidos 62

(10)

6.3. EL PROBLEMA DEL INTERVALO CRITICO 71

6.3.1. Estado del arte 71 6.3.2. Resultado de las investigaciones realizadas 84

6.3.2.1. Relación entre intervalos y

adelantamiento 84 6.3.2.2. Evolución de los intervalos de vehículos

seguidores entre la entrada y la salida 98 6.3.2.3. Curvas de densidad y distribución de

intervalos a la entrada y a la salida del tramo para la misma población de

vehículos 111 6.3.2.3.1. Curvas de densidad 113

6.3.2.3.2. Curvas de distribución 125

6.3.2.4. Conclusiones 127

7. ESTUDIO DE VELOCIDADES DE RECORRIDO 130

7.1. VELOCIDADES MEDIDAS 130 7.2. PRECISIÓN DE LAS MEDIDAS 130 7.3. FUNCIONES DE DENSIDAD MEDIDAS 131

7.4. RELACIÓN INTENSIDAD-VELOCIDAD OBTENIDA.

COMPARACIÓN CON EL MANUAL 85 137 7.5. VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS QUE

A D E L A N T A N Y DE LOS V E H Í C U L O S

ADELANTADOS 141

8. ESTUDIO DE DISTRIBUCIONES DE COLAS 143

(11)

ÍNDICE

10. PROPUESTA DE MÉTODO PARA LA EVALUACIÓN DEL NIVEL

DE SERVICIO 153 10.1. INTRODUCCIÓN 153

10.2. EL MANUAL DE CAPACIDAD DE 1985 153 10.2.1. Metodología y comentarios 153 10.2.2. NS de las vías estudiadas según el Manual 85 159

10.3. OTROS MÉTODOS 163 10.3.1. Basados en la velocidad media 163

10.3.2. Basados en el tamaño medio de colas 164

10.3.3. Basados en %VD 168 10.4. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS DISTINTOS

PARÁMETROS 171 10.4.1. Porcentaje de tiempo con demora 171

10.4.2. Relación intensidad-capacidad (i/c) 172

10.4.3. Densidad 172 10.4.4. Porcentaje de vehículos demorados (%VD) 172

10.4.5. Oferta y demanda de adelantamientos 173

10.4.6. Tamaño medio de cola 174

10.5. MÉTODO PROPUESTO 175 10.5.1. Introducción 175 10.5.2. Método de evaluación del NS en carreteras en

servicio 176 10.5.3. Método de evaluación del NS en carreteras en

proyecto 180 10.6. RESULTADO DE LA APLICACIÓN DEL MÉTODO

(12)

11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 185

11.1. CONCLUSIONES 185 11.2. RECOMENDACIONES. FUTURAS LÍNEAS DE

INVESTIGACIÓN 192

12. BIBLIOGRAFÍA 194

APÉNDICE 1: LONGITUDES EN QUE ESTÁ PERMITIDO ADELANTAR (Apartado 3.2)

APÉNDICE 2: FUNCIONES DE DENSIDAD Y DISTRIBUCIÓN DE LOS INTERVALOS

(Apartado 6.2.3)

APÉNDICE 3: GRÁFICOS REFERENTES A LOS VEHÍCULOS QUE PARTICIPAN EN ADELANTAMIENTOS

(Apartado 6.3.2.1)

APÉNDICE 4: DENSIDADES Y DISTRIBUCIONES DE INTERVALOS A LA ENTRADA Y A LA SALIDA PARA LA MISMA POBLACIÓN DE VEHÍCULOS

(Apartado 6.3.2.3)

(13)

ÍNDICE

APÉNDICE 6: VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS QUE INTERVIENEN EN ADELANTAMIENTOS

(Apartado 7.5)

(14)

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 2.1 PLAZOS, PERSONAL, MEDIOS NECESARIOS Y VARIABLES MEDIDAS CON LAS DISTINTAS

TÉCNICAS 21 TABLA 3.1 CARRETERAS CON IMD SUPERIORES A 8.000

VEH./DÍA EN 1989 29 TABLA 3.2 TRAMOS ELEGIDOS PARA LA TOMA DE DATOS . . . 31

TABLA 3.3 DISTANCIAS DE ADELANTAMIENTO PERMITIDO . . . 33 TABLA 4.1 TECLAS UTILIZADAS EN LA IDENTIFICACIÓN TIPOS

DE VEHÍCULOS 41 TABLA 4.2 DISTANCIAS DE MEDIDA DE DENSIDAD EN CADA

CÁMARA 42 TABLA 6.1 NÚMERO DE PERÍODOS E INTERVALOS PARA CADA

NIVEL DE INTENSIDAD 62 TABLA 6.2 ESTIMADORES ESTADÍSTICOS DE LOS

INTERVALOS 66 TABLA 6.3 INTERVALOS CRÍTICOS SEGÚN DISTINTOS

CRITERIOS (segundos) 78 TABLA 6.4 ADELANTAMIENTOS REALIZADOS 85

TABLA 6.5 ADELANTAMIENTOS (N) ENTRE VEHÍCULOS

CONTIGUOS Y TIPO DE VEHÍCULOS 91 TABLA 6.6 CORRELACIONES DE LA PROPORCIÓN DE

ADELANTAMIENTOS ENTRE VEHÍCULOS NO

CONTIGUOS (%ANC) 92 TABLA 6.7 ADELANTAMIENTOS (N) DE VEHÍCULOS NO

CONTIGUOS Y TIPO DE VEHÍCULOS 94 TABLA 6.8 EVOLUCIÓN DE LOS INTERVALOS DE TODOS LOS

(15)

ÍNDICE

TABLA 6.9

TABLA 6.10

TABLA 6.11

TABLA 6.12

TABLA 6.13

TABLA 6.14

TABLA 6.15

TABLA 6.16

TABLA 7.1

TABLA 7.2

TABLA 7.3

TABLA 8.1

EVOLUCIÓN DE LOS INTERVALOS DE VEHÍCULOS

CONTIGUOS, M - l l l 101

EVOLUCIÓN DE LOS INTERVALOS DE VEHÍCULOS

CONTIGUOS, M-600 101

EVOLUCIÓN DE LOS INTERVALOS DE VEHÍCULOS

CONTIGUOS, M-607 102

VEHÍCULOS QUE SE SEPARAN DEL ANTERIOR

(INTERVALOS CRECIENTES) 102

VEHÍCULOS QUE SE ACERCAN AL ANTERIOR

(INTERVALOS DECRECIENTES) 104

VEHÍCULOS QUE MEJORAN Y EMPEORAN SU NIVEL

DE SERVICIO EN FUNCIÓN DE tc EXCEPTUANDO

ADELANTAMIENTOS 105

AJUSTE DE K PARA CADA VALOR DE tc 107

PUNTOS CARACTERÍSTICOS DE LAS CURVAS DE

DENSIDAD Y DISTRIBUCIÓN EN CADA PERÍODO DE

15 MINUTOS 120

NÚMERO DE VEHÍCULOS CUYAS VELOCIDADES

HAN SIDO MEDIDAS EN CADA CARRETERA 130

CARACTERÍSTICAS ESTADÍSTICAS DE LAS

VELOCIDADES MEDIDAS 132

CARACTERÍSTICAS ESTADÍSTICAS DE LAS

VELOCIDADES DE VEHÍCULOS QUE ADELANTAN Y

SON ADELANTADOS 142

UMBRALES DE NIVEL DE SERVICIO, CON

INDICACIÓN DE TAMAÑOS MEDIOS DE COLA

(16)

TABLA 10.1

TABLA 10.2

TABLA 10.3

TABLA 10.4 TABLA 10.5

TABLA 10.6

NIVELES DE SERVICIO PARA TRAMOS DE CARRETERAS DE DOS CARRILES DE

CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS NORMALES . . . 155 TAMAÑOS MEDIOS DE COLA CORRESPONDIENTES

A LOS UMBRALES DE %VD PROPUESTOS POR EL

MANUAL 85 161 UMBRALES DEL NIVEL DE SERVICIO EN FUNCIÓN

DE LA VELOCIDAD MEDIA SEGÚN VARIOS

AUTORES 163 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE1 %VD 173

UMBRALES ADOPTADOS ENTRE NIVELES DE SERVICIO PARA VELOCIDADES SUPERIORES A 80

KM/H 177 UMBRALES ADOPTADOS ENTRE NIVELES DE

SERVICIO PARA VELOCIDADES INFERIORES A 80

(17)

ÍNDICE

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 2.1 MÉTODO DE RECOGIDA DE DATOS DE BYRNE Y

ROBERTS (1975) 14 FIGURA 2.2 MÉTODO DE RECOGIDA DE DATOS DE EMOTO

(1987) Y ROMANA (1989) 16 FIGURA 2.3 ESQUEMA DEL PROCEDIMIENTO DE TOMA DE

DATOS 24 FIGURA 3.1 TRAMOS ELEGIDOS PARA LA TOMA DE DATOS . . . 32

FIGURA 3.2 INTENSIDADES HORARIAS. SUMA DE AMBOS

SENTIDOS 35 FIGURA 3.3 INTENSIDADES HORARIAS POR SENTIDO 36

FIGURA 3.4 INTENSIDADES POR SENTIDO Y REPARTO 37 FIGURA 6.1 FUNCIONES DE DENSIDAD DE INTERVALOS

MEDIDAS. EN MAY [43] 59 FIGURA 6.2 DISTRIBUCIÓN COMPUESTA TIPO SEMI-POISSON

PARA INTENSIDADES ENTRE 1 200 Y 1 500 veh./h DE

BUCKLEY [11] 61 FIGURA 6.3 NÚMERO DE INTERVALOS Y PORCENTAJE

RECOGIDOS PARA CADA NIVEL DE INTENSIDAD . . 63 FIGURA 6.4 FUNCIONES DE DISTRIBUCIÓN DE INTERVALOS

PARA INTERVALOS ENTRE 0 Y 100 SEGUNDOS . . . . 69 FIGURA 6.5 FUNCIONES DE DISTRIBUCIÓN DE INTERVALOS

PARA INTERVALOS ENTRE 0 Y 12 SEGUNDOS 70

FIGURA 6.6 VALORES DE tc SEGÚN CRITERIOS Y AUTORES . . . . 79

FIGURA 6.7 FUNCIONES DE DISTRIBUCIÓN Y DENSIDAD DE LOS INTERVALOS DE ENTRADA. VEHÍCULOS

(18)

FIGURA 6.8

FIGURA 6.9

FIGURA 6.10

FIGURA6.il

FIGURA 6.12

FIGURA 6.13

FIGURA 6.14

FIGURA 6.15

FIGURA 6.16

FIGURA 6.17

FIGURA 6.18 FIGURA 7.1

FIGURA 7.2

FIGURA 7.3

FUNCIONES DE DISTRIBUCIÓN Y DENSIDAD DE LOS INTERVALOS DE ENTRADA. VEHÍCULOS

CONTIGUOS. M-600 88 FUNCIONES DE DISTRIBUCIÓN Y DENSIDAD DE LOS

INTERVALOS DE ENTRADA. VEHÍCULOS

CONTIGUOS. M-607 89 FUNCIONES DE DISTRIBUCIÓN Y DENSIDAD DE LOS

INTERVALOS DE ENTRADA. M-lll 95 FUNCIONES DE DISTRIBUCIÓN Y DENSIDAD DE LOS

INTERVALOS DE ENTRADA. M-600 96 FUNCIONES DE DISTRIBUCIÓN Y DENSIDAD DE LOS

INTERVALOS DE ENTRADA. M-607 97 %RDsalida EN FUNCIÓN DE % VDentrada PARA DISTINTOS

VALORES DE tc 110

CURVAS DE DENSIDAD A LA ENTRADA Y A LA

SALIDA. M-lll. PERÍODO 5 114 CURVAS DE DISTRIBUCIÓN A LA ENTRADA Y A LA

SALIDA. M-lll. PERÍODO 5 115 CURVAS DE DENSIDAD A LA ENTRADA Y A LA

SALIDA. M-607. PERÍODO 1 116 CURVAS DE DISTRIBUCIÓN A LA ENTRADA Y A LA

SALIDA. M-607. PERÍODO 1 117 HISTOGRAMA DE FRECUENCIAS DE Q 124

VELOCIDADES MEDIAS Y DESVIACIONES ESTÁNDAR CON INTENSIDADES EN SENTIDO

DIRECTO 135 VELOCIDADES MEDIAS E INTENSIDADES POR

SENTIDO 136 RELACIÓN INTENSIDAD-VELOCIDAD OBTENIDA Y

(19)

ÍNDICE

FIGURA 7.4

FIGURA 7.5

FIGURA 8.1

FIGURA 8.2

FIGURA 8.3

FIGURA 8.4

FIGURA 10.1

FIGURA 10.2

FIGURA 10.3

FIGURA 10.4

FIGURA 10.5

FIGURA 10.6

RELACIÓN I-V DEL MANUAL 85 Y MEDIDAS

REALIZADAS POR CARRETERA 139 RELACIÓN I-V DEL MANUAL 85 Y MEDIDAS

REALIZAS POR CARRETERA SIN LAS MEDIDAS DE

LA M-501 140 TAMAÑO DE COLA MEDIA PARA DISTINTOS

NIVELES DE INTENSIDAD A FAVOR 145 TAMAÑO DE COLA MEDIA PARA DISTINTOS

NIVELES DE INTENSIDAD A FAVOR (tc = 4 s) . . . . 146

PROPORCIÓN DE COLAS DE 1 VEHÍCULO CONTRA

TAMAÑO DE COLA MEDIA 147 PORCENTAJE DE VEHÍCULOS LIBRES Y AISLADOS

PARA CADA INTENSIDAD DE CIRCULACIÓN 150 RELACIÓN ENTRE LA INTENSIDAD TOTAL Y EL

PORCENTAJE DE TIEMPO CON DEMORA (MANUAL

85) 154 RELACIONES INTENSIDAD - VELOCIDAD SEGÚN EL

MANUAL 64, MANUAL 85. O. de BUEN [12] 157 NIVELES DE SERVICIO EN FUNCIÓN DE LA

RELACIÓN i/c. MANUAL 85 162 NIVELES DE SERVICIO EN FUNCIÓN DE LA

VELOCIDAD MEDIA. MANUAL 85 (CONTINUAS) Y

BOTHA (DISCONTINUAS) 165 NIVELES DE SERVICIO EN FUNCIÓN DE LA

VELOCIDAD MEDIA. HOBAN (CONTINUAS) Y

RADELAT (DISCONTINUAS) 166 NIVELES DE SERVICIO EN FUNCIÓN DEL TAMAÑO

(20)

FIGURA 10.7 NIVELES DE SERVICIO EN FUNCIÓN DEL %VD. MANUAL 85 (CONTINUAS) Y HOBAN

(DISCONTINUAS) 169 FIGURA 10.8 NIVELES DE SERVICIO EN FUNCIÓN DEL %VD DE

BOTHA 170 FIGURA 10.9 Niveles de servicio para cada sentido en carreteras de dos

carriles para evaluación de carreteras existentes 178 FIGURA 10.10 RELACIÓN INTENSIDAD - %VD(4 SEGUNDOS) . . . . 182

FIGURA 10.11 RESULTADO DE LA APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA PROPUESTA A LAS CARRETERAS

(21)

INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

1.1. INTRODUCCIÓN. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

El transporte por carretera es una parte capital del sistema de transporte en una sociedad desarrollada y moderna. España no es una excepción en este apartado. En 1991, la demanda de transporte de viajeros total fue de 6.200 km por habitante y año. De ellos, 5.500 km (un 88,7 %) se realizó por carretera. En lo que respecta a mercancías, el total de demanda de transporte ascendió a 202 mil millones de toneladas-kilómetro, de las que la carretera sirvió un 75% [40].

Todo ello ocurre sobre una red de unos 318.000 km [49]. De esta red total, la mayor parte está constituida por carreteras convencionales de dos carriles, con un carril de servicio a cada sentido de circulación y posibilidades de adelantamiento sujetas a las condiciones de trazado en planta y alzado. Las Administraciones con responsabilidades sobre la red son varias. En primer lugar está el Estado, que se ocupa de la red de interés general del Estado (R.I.G.E.). Esta red alcanza los 21.000 km, aproximadamente, de los que alrededor de 5.700 km son en 1994 carreteras de alta capacidad (autopistas o autovías) [49]. Las Autonomías y los Municipios administran redes casi totalmente integradas por carreteras convencionales. Únicamente existen algunos itinerarios y vías urbanas y periurbanas como vías de alta capacidad. Excepciones a esto son las Comunidades Autónomas del País Vasco, Navarra, Canarias y Baleares, en las que no existe red explotada por el Estado. Las Diputaciones se ocupan de las redes locales, con mucha extensión, pero relativamente poca circulación. El ICONA y el IRYDA se encargan de administrar las redes de caminos agrícolas y forestales [1].

(22)

por vías convencionales de dos carriles. En conjunto, considerando la R.I.G.E., la red de las Comunidades Autónomas y la de las Diputaciones, la longitud total de carreteras convencionales de dos carriles es de alrededor de 150.000 km.

El Plan de Carreteras ejecutado desde 1984 hasta 1993 cambió radicalmente el aspecto de la R.I.G.E., por cuanto abordó la construcción de itinerarios completos de largo recorrido en vía de alta capacidad. Así, se pasó de los 2.300 km de carretera de alta capacidad en 1984 a los mencionados 5.700 km en 1993 [49]. Con ello cambiaron con toda seguridad las características de los viajes realizados en las carreteras convencionales. Antes del Plan, la inmensa mayoría de los viajes por carretera se realizaban en una parte muy importante por carretera de dos carriles. Después del mismo, los trayectos de largo recorrido discurren en una parte muy importante por carreteras de alta capacidad. De esta manera el tiempo de viaje por carretera convencional ha descendido notablemente. Además, se consigue una elevación del nivel de servicio y de la seguridad en buena parte de la red. Por mimetismo, en un próximo futuro se podrá producir un aumento de la demanda de calidad de servicio, tanto en velocidades como en demanda de posibilidades de adelantamiento.

Este aumento de la demanda de calidad de servicio se combina con un presupuesto ajustado, dado que es necesario afrontar la construcción y mantenimiento de infraestructuras caras -las carreteras de alta capacidad- a la vez que se emprenden actuaciones en las carreteras de dos carriles. En el citado Plan General se abordaron actuaciones en carreteras de dos carriles tendentes a mejorar su trazado y sección transversal. Estas actuaciones se dividían en tres tipos:

- 5.808 km de acondicionamientos fuera de poblado; - 827 km de mejoras locales o puntuales y

(23)

INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

El Plan cita textualmente que "se estima que este programa reducirá el índice de peligrosidad de las carreteras afectadas entre un 10 y un 15 %", y que "la finalidad [del Plan] es que el conjunto de la red estatal de carreteras mantenga las debidas condiciones de capacidad estructural y acabado geométrico de su plataforma, así como de señalización y otros elementos auxiliares, que permitan una circulación con unos niveles de servicio y de seguridad adecuados a la demanda" [49].

Obsérvese que de lo expuesto se trasluce que la preocupación primordial ha sido la seguridad. Además, al citar los aspectos analizados, se mencionan "la geometría, ... , el firme, la señalización y elementos auxiliares" y, de un modo complementario, "la accesibilidad". No se cita en ningún caso un análisis de los niveles de servicio.

Pero esto debe lógicamente cambiar cuando el estado de la red sea en general bueno, como es ahora. Con la disminución de los recursos disponibles será necesario adoptar criterios de rentabilidad de inversiones que incluyan la seguridad de la criculación, pero también las mejoras en el nivel de servicio. Es, pues, necesario abordar con seriedad la metodología de evaluación de niveles de servicio en toda clase de vía.

En el caso de carreteras de alta capacidad el nivel de servicio se mide sobre todo mediante la razón intensidad/capacidad. En estas vías todos los usuarios tienen un nivel de servicio parecido, y la capacidad de adelantar en cualquier momento hace que la situación sea, en general, uniforme. Esto no es cierto en las carreteras de dos carriles, donde justamente esta posible falta de ocasiones para adelantarse provoca que existan, "apriori", dos tipos de usuario: los que circulan a la velocidad deseada y los demorados por vehículos más lentos.

(24)

intensidad/capacidad. Dado que en el caso de velocidades se habla de velocidades medias (bien media aritmética, o, como es más correcto, geométrica [60]), son estas dos medidas macroscópicas. Ello quiere decir que reflejan el estado global del sistema. Esto puede ser adecuado para el administrador de un sistema, pero se corre el riesgo de perder de vista la percepción de cada usuario del servicio.

La velocidad se mide en general de dos maneras: en una sección determinada de la vía, mediante la utilización de instrumentos de radar o lazos de inducción, o calculando las velocidades de recorrido de vehículos especiales que disponen de un odómetro con la ayuda de un cronómetro.

Sea cual sea el método de medida, el hecho es que, en estos momentos, y dados las relaciones potencia/peso de los vehículos del parque móvil, los trazados y las secciones transversales existentes, las velocidades están muy cerca -e incluso por encima- de los límites permitidos por la legislación. Por ello la preocupación de los usuarios, a los que se impide desarrollar su velocidad deseada, se ha centrado en la comodidad de la circulación.

(25)

INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

Capacidad [70] -el documento de uso más universal para determinar el nivel de servicio en todo tipo de infraestructuras de carreteras- postula una velocidad libre de 96 km/h para intensidad 0 y 80 km/h para una intensidad de 1.800 vehículos/hora.

La medida del nivel de servicio a través de la relación intensidad/capacidad se basa, obviamente, en la medida de las intensidades. Esto puede parecer simple, dado que todas las administraciones deben contar con un Plan de Aforos de su red. Sin embargo, estos planes de aforos, cuando existen, se basan en un número muy reducido de estaciones permanentes, algo mayor de estaciones primarias y una gran cantidad de estaciones secundarias y de cobertura. Es evidente que el nivel de servicio debe determinarse en un período punta diario, semanal, mensual o incluso anual, dependiendo del tipo de vía, por lo que sería necesario contar con intensidades horarias de cada carretera, y preferiblemente cada 15 minutos. Los planes de aforos sólo producen datos adecuados en un número muy escaso de carreteras. Por ello se tiende a analizar las necesidades de actuaciones basándose en la Intensidad Media Diaria (IMD), dato que se conoce con fiabilidad, pero con el cual no es posible sino inferir groseramente el nivel de servicio.

(26)

Existe una evaluación escrita por Cassidy y May en 1988 [16] acerca de los procedimientos recogidos en el documento más universal sobre este tema, el Manual de Capacidad norteamericano, del que la última versión data de 1985. En este documento se citan los siguientes temas a investigar en carreteras convencionales:

- Evaluación de mejoras en carreteras de dos carriles: Los conductores pueden percibir la congestión en este tipo de infraestructura como debida a la imposibilidad de adelantar. El Manual de Capacidad no prevé cómo evaluar las mejoras derivadas de la implantación de terceros carriles.

- Redefinición del porcentaje tiempo con demora como principal medida del funcionamiento: el Manual plantea la obtención de la razón intensidad/capacidad, para determinar, mediante las curvas apropiadas, los valores a aplicar de velocidad y porcentaje de tiempo con demora.

(27)

INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

- Obtención de estimaciones del Nivel de Servicio independientes para cada sentido: Aunque existe una indudable interacción entre ambos sentidos de circulación en este tipo de infraestructuras, el Nivel de Servicio debe contemplarse en cada sentido independientemente, para contemplar adecuadamente las posibles diferencias inducidas por el reparto o el trazado.

Todos los puntos expuestos se resumen en que es necesaria una metodología que permita la determinación de Niveles de Servicio por sentido que expresen adecuadamente la percepción que el usuario tiene del funcionamiento de la vía.

Además, deben tenerse en cuenta dos especificidades de las carreteras convencionales de dos carriles: la existencia de distintos grupos de usuarios con percepciones distintas del nivel de servicio y la necesidad de desarrollar métodos que diferencien entre ambos sentidos de circulación sin olvidar la influencia que cada sentido tiene en el contrario.

(28)

1.2. OBJETIVOS

Los objetivos de la presente tesis doctoral son los siguientes:

Establecer una metodología de toma de datos de tráfico en carreteras mediante la utilización de técnicas de vídeo y programas de ordenador, con el objeto de minimizar el tiempo de análisis (Capítulos 2 y 4).

Determinar el valor del intervalo crítico a utilizar en el establecimiento de niveles de servicio (Capítulo 6, apartado 6.3).

Establecer la relación existente entre intensidad de circulación y porcentaje de vehículos demorados en carreteras convencionales españolas (Capítulo 10, apartado 10.5).

Comparar el nivel de servicio de las carreteras observadas según las distintas técnicas existentes y la propuesta (Capítulo 10).

Establecer de una metodología para la evaluación práctica de niveles de servicio de carreteras convencionales de dos carriles en España (Capítulo 10).

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INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

En la presente tesis el objetivo no es la modelización de los intervalos, ni de ninguna otra variable, sino el estudio de los intervalos realmente medidos desde el punto de vista del nivel de servicio.

1.3. METODOLOGÍA

Con el fin de alcanzar los objetivos anteriormente citados se propone la obtención de un método de EVALUACIÓN PRÁCTICA DE NIVELES DE SERVICIO DE CARRETERAS CONVENCIONALES DE DOS CARRILES EN ESPAÑA mediante el desarrollo de la siguiente metodología:

Estudio bibliográfico de los métodos de análisis del nivel de servicio, de las estructuras de caravanas y las distribuciones de intervalos.

Consulta a técnicos y organismos que puedan aportar experiencia sobre este tema.

Evaluación de las distintas técnicas existentes de determinación de intervalo crítico y de los niveles de servicio.

Realización de experimtentos en carreteras en los que se recojan las principales variables del tráfico, tanto microscópicas como macroscópicas, tales como intensidades, densidades, velocidades, intervalos, composición del tráfico, etc.

Análisis de los resultados de los experimentos.

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(31)

PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO

2. PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO. PROCEDIMIENTO DE

RECOGIDA DE DATOS

2.1. DISEÑO DEL EXPERIMENTO

Por razones presupuestarias se decidió restringir, dentro de los posible, la recogida de datos a carreteras en las que pudiera realizarse la toma de datos en un día. Ello implicaba una limitación de distancia desde Madrid al tramo del experimento. Además, es un objetivo primordial de un estudio de este tipo el recoger la mayor cantidad de situaciones posibles en cuanto a trazado, composición de tráfico, intensidades horarias, porcentajes de la longitud en las que está permitido adelantar, etcétera.

Para decidir el método de toma de datos se analizaron los utilizados por otros autores en investigaciones similares. En los apartados siguientes se realiza la exposición de estos métodos, con una crítica de cada uno, para terminar exponiendo la técnica elegida.

2.2. MEDIOS EMPLEADOS

2.2.1. Introducción

Con el objeto de planificar el método más idóneo de toma de datos de tráfico se analizaron las distintas posibilidades ofrecidas por la Comunidad de Madrid y los equipos disponibles en el Departamento de Ingeniería Civil-Transportes de la Universidad Politécnica de Madrid. Asimismo se examinaron las técnicas de recogida de datos empleadas por otros autores.

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de lazo son a su vez de dos series diferentes, pero ambos permiten, si se disponen por parejas, el conteo de vehículos y la clasificación entre vehículos ligeros (cortos) y pesados (largos), o bien la medición de las velocidades de los vehículos. Los contadores neumáticos permiten el conteo de vehículos por carril o en eln total de la calzada.

El Departamento de Ingeniería Civil-Transportes de la Universidad Politécnica de Madrid dispone asimismo de varios contadores neumáticos. No existían, al comenzar esta investigación, otros equipos susceptibles de ser utilizados.

2.2.2. Medios empleados por otros autores

Gardeta [27] recogió datos de tráfico en la M-605 de Madrid a El Pardo. Para ello utilizó un conjunto de tres lazos electromagnéticos en cada carril. Con ello se pueden recoger datos de intensidad, velocidad e intervalo. Esta estación estaba en 1983 dentro del Plan Nacional de Aforos, como estación permanente. Es necesario añadir que no todas las estaciones permanentes del citado Plan cuentan con estos equipos. Otras cuentan con equipos que permiten medir únicamente la intensidad, agregando además ambos carriles en un conteo horario.

(33)

PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO

Buckley [11] midió intervalos en un carril con un registrador automático que sólo permite medir esta única variable.

Byrne y Roberts [13] recogieron datos de vehículos libres (poniendo en marcha registradores "cuando se apreciaba la aproximación de un coche no demorado. Se definió un vehículo no demorado como un vehículo no afectado por otros vehículos cercanos").El método de obtención de datos fueron una serie de cintas registradoras cada 152,4 m (500 pies). Esto permitió medir datos de vehículos cuya separación era superior a la citada con el vehículo anterior. El equipo consistió en:

cintas registradoras con conectores y cables,

aparatos registradores construidos por la Administración Federal de Carreteras de Estados Unidos (Federal Highway Administration, o FHWA, en inglés),

impresora HP 5050B, y batería eléctrica.

Los circuitos se conectaron de tal manera que se activaban las cintas en orden. Si la primera no era activada, las demás no se activaban. El sistema requería una puesta a cero, de forma que hasta que no se producía no se registraban más vehículos. Todos los registradores estaban conectados al mismo reloj. Cada punto de toma de dato, de los que se dispusieron seis, consistía en tres cintas registradoras, dos perpendiculares a la dirección del tráfico y una entre estas dos, con un ángulo de 45°. La figura 2.1 representa el esquema de toma de datos descrito.

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FIGURA 2.1 MÉTODO DE RECOGIDA DE DATOS DE BYRIME Y ROBERTS

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PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO

Se detectó en los ensayos preliminares que el tiempo necesario para acostumbrar a los conductores a la presencia de los citados aparatos era de un día. Pasadas las primeras 24 horas, en las que las velocidades descendían, la situación se recuperaba. Por ello, los contadores se instalaron un día antes de la toma de datos.

Emoto [24] utilizó cámaras de vídeo, contadores neumáticos, un detector de velocidad radar y un vehículo de control para recoger datos de tráfico en una carretera con tres carriles (dos en un sentido, uno en otro) en California. Con ello se obtuvieron medidas de intensidades, velocidades puntuales del tráfico y velocidades de recorrido del vehículo de control. Las cámaras no estaban sincronizadas, no pudiendo medirse tiempos de recorrido ni densidades. La figura 2.2 representa el esquema de toma de datos descrito. Las cámaras eran alimentadas por baterías, cuya duración oscilaba entre una hora y una hora y media. Los datos de velocidades tomados mediante los detectores de radar sólo podían obtenerse con fiabilidad de vehículos aislados, ya que en las caravanas la lectura puede ser errónea.

Los contadores neumáticos se instalaron durante una semana recogiendo tráficos horarios por carril, con el objeto de conocer el tráfico durante toda la semana y acostumbrar a los conductores a su presencia en la carretera. Durante la toma de datos en vídeo estos conteos se realizaron en períodos de 15 minutos.

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FIGURA 2.2 MÉTODO DE RECOGIDA DE DATOS DE EMOTO (1987) Y

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PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO

Botha [5] comenzó en 1991 un estudio sobre Nivel de Servicio en carreteras con velocidades de proyecto inferiores a 100 km/h, después de que diversas Administraciones -entre ellas el Departamento de Transporte de California (Caltrans) detectaran esta carencia en la versión de 1985 del Manual de Capacidad [70] frente a su anterior versión [69].

El estudio está realizado sobre todo mediante simulación por ordenador, utilizando el programa TWOPAS. Se recogieron datos de validación durante dos horas en cinco carreteras, con tráficos máximos entre 170 y 780 vehículos/hora. El procedimiento elegido fue el video, con contadores neumáticos de apoyo según el esquema mencionado anteriormente (Emoto) y un vehículo auxiliar para detectar y resolver eventuales problemas. Debido al problema ya mencionado de la sincronización y la alimentación por baterías, la sincronización se consiguió mediante el empleo de relojes sincronizados digitales de cifras grandes, de tal forma que se pudieran ver en la cinta.

Rozic [63] realizó una toma de datos en una carretera croata mediante la identificación de matrículas en dos puntos de la vía. En cada sección se colocaron tres observadores: el primero registraba los tres últimos dígitos de la matrícula, el segundo el instante de paso y el tercero el tipo de vehículo.

2.2.3. Ventajas y desventajas de cada método

En el apartado anterior se han presentado básicamente cuatro técnicas para la recogida de datos de variables de tráfico que han empleado:

- lazos electromagnéticos (Gardeta),

- cintas registradoras y sincronizadores (Buckley, Byrne y Roberts, Botma), - observadores (personas) (Rozic),

(38)

En el presente apartado se examinarán las ventajas y desventajas de cada técnica, así como sus necesidades en términos de inversiones y personal. Estos datos se resumen en la tabla 2.1. La tabla incluye también, para facilitar la comparación, los datos equivalentes de la técnica escogida, que se explica y justifica en el apartado siguiente.

Los lazos de inducción permiten una medida fiable de los datos, pero su coste es elevado y es necesaria la ejecución de obras en la vía para su instalación. Por ello, si bien podría considerarse este medio para el desarrollo de la presente investigación, no parece indicado para la toma de datos sistemática en una carretera cualquiera. Además de la obra de instalación de los lazos, es necesario contar con una caseta adyacente para la instalación del registrador de datos. Este registrador puede ser bien un registrador específico o un ordenador personal. Una vez instalados, los lazos de inducción electromagnética permiten la recogida automática de datos en la sección, pero no su identificación. Por ello sería necesario contar con otros métodos complementarios para medir los adelantamientos producidos y las densidades dentro del tramo: En el caso de los adelantamientos, esta afirmación es obvia. En lo que se refiere a densidades, para medir efectivamente las densidades es necesario conocer cuántos vehículos están dentro de la sección en un momento determinado, la densidad a t=0.

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PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO

Las cintas registradoras y sincronizadores son adecuadas para la toma de datos de intensidades, velocidades e intervalos. No requieren obra para su instalación, y el personal de toma de datos es reducido. Sin embargo, tienen el mismo inconveniente que los lazos en cuanto a medida de adelantamientos y densidades. Además requieren la instalación de un centro de recepción de datos, que Botma colocó en una furgoneta. Esta solución es muy adecuada, pero de coste elevado. El plazo de realización de cada ensayo es de varios días, y afecta al tráfico, dado que es necesario instalar las cintas registradoras y el centro de control. El personal necesario es de 2 a 3 personas, y se miden intensidades, velocidades de recorrido e intervalos.

El empleo de observadores es ya muy antiguo. Su inconveniente principal es el número de personas que es necesario desplazar a la sección. En el caso de Rozic, serían necesarios tres observadores por sección y sentido, además, presumiblemente, de al menos un coordinador. Otro inconveniente adicional es que los observadores sólo pueden ser fiables hasta un determinado nivel de intensidad. Para intensidades muy altas la observación de los vehículos y la anotación de los datos de los mismos es difícil, dado que es necesario un tiempo determinado para realizar las anotaciones, y cuando las intensidades son altas los intervalos entre vehículos pueden ser muy reducidos de forma continuada. Por último, es necesario señalar que este método obliga a recoger a la vez todos los datos a medir, ya que sólo se tiene una oportunidad, y no existe verificación posible de las medidas realizadas. El plazo de realización de cada ensayo es muy corto, ya que sólo es necesario transportar al personal hasta el tramo a estudiar. Se obtienen medidas de los intervalos, intensidades, velocidad de recorrido y adelantamientos producidos.

(40)

el coste y la logística. El personal mínimo necesario es de 5 personas, de las cuales 4 están ocupadas todo el ensayo y la quinta debe cambiar los detectores de tubo. El plazo de realización del ensayo es de varios días, ya que es necesario instalar los tubos neumáticos. Se miden velocidades en una sección de vehículos aislados, intensidades, adelantamientos e intervalos. Sin embargo, el tiempo máximo de toma continua de datos está limitado por la duración de las baterías de la cámara de vídeo. Ello ocasiona una pérdida de datos durante el tiempo en que se cambian las baterías. Este tiempo no es alto, pero como no suelen coincidir los agotamientos de las dos baterías, se pierden datos bien de la sección de entrada, bien de la de salida.

(41)

PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO

TABLA 2.1 PLAZOS, PERSONAL, MEDIOS NECESARIOS Y VARIABLES MEDIDAS CON LAS DISTINTAS TÉCNICAS

TÉCNICA LAZOS REGISTRA-DORES PERSONAL DIVERSAS VIDEO SINCRONI-ZADO VIDEO CONTINUO (PROPUES-TO) EQUIPO lazos electromagnéticos obra necesaria cintas registradoras sincronizador centro de control

cronómetros

¿vehículo de control y coordinación?

cámaras de vídeo detector de velocidad radar

vehículo de control y coordinación

contadores neumáticos

cámaras de vídeo mecanismo de sincronización vehículo de control y coordinación

cámaras de vídeo cronómetro

vehículo de control y coordinación PLAZO semanas varios días medio día varios días un día (mínimo medio día) un día (mínimo medio día) PERSONAL 0-1 2-3

6 por punto de observación 5 3 3 VARIABLES intensidad

densidad en un punto velocidad en un punto intervalos

intensidad

velocidad de recorrido intervalos

intensidad

velocidad de recorrido intervalos

adelantamientos

intensidad

velocidad de recorrido intervalos

adelantamientos

intensidad

velocidad de recorrido-intervalos

adelantamientos

intensidad

densidad en un punto densidad

velocidad de recorrido intervalos

adelantamientos

2.2.4. Método escogido para la toma de datos

(42)

Tras el análisis de medios realizado en los apartados anteriores, se decidió investigar las posibilidades de utilizar el vídeo como equipo de medida fundamental. Se fijaron como objetivos de la toma de datos minimizar el presupuesto y el personal, sin que ello redundara en la pérdida de datos. Era necesario un sistema que permitiera medir, como mínimo, intensidades, densidades entre cámaras y velocidades de recorrido. Para ello hubo que resolver el problema de la sincronización entre cámaras y del uso de baterías.

Con este objeto se investigó la posibilidad de utilizar otras fuentes de alimentación para las cámaras de vídeo. De este análisis se obtuvieron las conclusiones siguientes:

- Las cámaras que necesitan una menor alimentación son las de video de 8 mm o VHC-C, frente a las convencionales VHS.

- Existen adaptadores que permiten conectar los dispositivos de carga de baterías al encendedor de automóvil.

Por ello se decidió utilizar cámaras con sistema de 8 mm. Se descubrió que era prácticamente imposible obtener el dispositivo para conectar la propia cámara de video al encendedor del automóvil, Por ello se optó por fabricar el equipo necesario en el propio laboratorio, con la ayuda de personal especializado. Se diseñó y probó un transformador compuesto por un regulador integrado 7805 y un transistor regulador para disipar la potencia necesaria.

(43)

PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO

La sincronización entre cámaras se consiguió haciendo un viaje de una cámara a otra con un cronómetro. Al comienzo del viaje se colocaba el cronómetro en una cámara, recogiéndose en esta el instante de comienzo de medida del tiempo. Se viajaba a continuación hasta la otra cámara, recogiéndose asimismo el instante de fin de medida, y se anotaba el tiempo. En el laboratorio sólo restaba comprobar en qué hora, minuto y segundo estaba el origen en la cámara 1 y tomar los mismos datos en la cámara 2. Una vez hecho esto, es claro que el instante de la cámara 1 es el mismo que el instante de la cámara 2 menos el tiempo de viaje. Con ello quedaban sincronizadas las dos cámaras al segundo sin necesidad de emplear equipos especiales.

Como control de la calidad de la sincronización se realizaron varias sincronizaciones en cada experimento. Asimismo se realizaron controles de la precisión de la medida de velocidades, dado que se conocía con exactitud la velocidad y tiempo de algunos viajes realizados por el vehículo de control.

De esta manera el equipo de recogida de datos estaba compuesto por el siguiente material:

- 2 cámaras de vídeo de formato 8 mm, - 2 trípodes,

- 2 transformadores de tensión, - 2 baterías de 12 v convencionales, y - 1 vehículo de supervisión y control.

El personal necesario para la realización de los experimentos se componía de: - 1 supervisor en el vehículo y

- 2 operadores de cámara.

(44)

SECCIÓN 1

DIRECTO

(45)

PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO

2.3. VARIABLES A MEDIR. DATOS A RECOGER

Con el equipo y personal descritos en el apartado anterior es teóricamente posible medir las siguientes variables:

- intensidad

- densidad (en el tramo observado por cada cámara) - densidad en el tramo del experimento

- velocidad (en el tramo observado por cada cámara) - velocidad de recorrido

- intervalos - adelantamientos

Estas variables pueden clasificarse en dos grandes grupos: las que se miden en una sola cámara y las que se miden entre cámaras. En el primer grupo están la intensidad, la densidad y velocidad puntuales y los intervalos. En el segundo están la velocidad de recorrido, la densidad en el tramo y los adelantamientos.

(46)

Por ello, para estimar las velocidades con precisión era necesario que se apreciara con claridad un tramo de carretera tal que su longitud de recorrido fuera del orden de 8 a 10 segundos. Este tiempo de recorrido, a las velocidades habituales de 70 a 120 km/h, equivale a una longitud entre puntos de control de del orden de 300 metros. Ello era posible únicamente buscando ángulos de filmación sensiblemente perpendiculares a la marcha y puntos de filmación alejados, lo que dificulta la identificación de los vehículos.

Esta identificación de los vehículos es fundamental para determinar las velocidades de recorrido en el tramo y los adelantamientos. Obtener al mismo tiempo ambos datos era, como se ha demostrado, contradictorio. Por todo ello fue necesario renunciar a medir la velocidad puntual, eligiéndose puntos de filmación que permitieran recoger datos de todas las demás variables.

2.4. ANTECEDENTES

La presente investigación no existe por si sola, aislada. Su diseño, base y planificación suponen variantes y mejoras sobre otros estudios realizados en la E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la U.P.M., el autor de esta tesis y otros autores. Asimismo, otros estudios coincidentes en el tiempo presentan aspectos similares en la metodología de la recogida de datos.

(47)

PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO

Como antecedente lejano cabe citar la tesis doctoral de Carlos Casaseca Beneitez, que trata de capacidad y nivel de servicio en vías lentas [14]. Este trabajo se centra sobre todo en pendientes fuertes, y se preocupa más de la capacidad que de los niveles de servicio.

(48)

3. TOMAS DE DATOS REALIZADAS

3.1. SELECCIÓN DE EMPLAZAMIENTOS PARA TOMA DE DATOS

Ya se ha mencionado en el apartado 2.1 de la presente tesis que la toma de datos se restringió por razones presupuestarias a la Comunidad de Madrid. Con el objeto de seleccionar los tramos más idóneos se siguió la metodología que se expone en los párrafos siguientes.

En primer lugar se examinó el mapa de tráfico elaborado por la Comunidad de Madrid en 1989 con el objeto de identificar las vías de máximo tráfico. Se identificaron las carreteras convencionales de dos carriles con IMD superiores a 8.000 veh./día. De ellas se seleccionaron las que reunían las siguientes condiciones:

- terreno llano o entre llano y ondulado,

- velocidades de proyecto entre 80 y 100 km/h, y

- existencia de tramos de relativa longitud (2 a 5 km) sin intersecciones, y un mínimo de incorporaciones o salidas. Este punto, teóricamente sencillo, fue en la práctica más complejo de lo previsto, ya que la proliferación de intersecciones, urbanizaciones y polígonos industriales han convertido una buena parte de las carreteras madrileñas en periurbanas. Incluso en tramos completamente rurales en apariencia existen entradas y salidas de fincas. Ello hizo que en los ensayos se detectaran vehículos que o bien entraban en el tramo y no salían, o al contrario. El número de vehículos que no recorrieron la totalidad de la sección fue siempre bajo, entre el 0,70 % de la M-501 y el 8,56 % de la M-lll. Los otros dos valores de este parámetro fueron el 0,97 % en la M-607 y el 3,77 % en la M-600.

(49)

T O M A S DE DATOS REALIZADAS

TABLA 3.1 CARRETERAS CON IMD SUPERIORES A 8.000 VEH./DÍA EN 1989

CARRETERA M-100 M-100 M-110 M-110 M-111 M-115 M-203 M-203 M-203 M-203 M-206 M-206 M-215 M-218 M-218 M-300 M-311 M-404 M-405 IMD 9 027 13 589 9 622 14 225 7 956 13 786 8 697 12 170 12 170 12 215 10 465 11 918 1 6 4 1 2 10 308 15 764 12 604 8 407 8 381 14 027 ESTACIÓN 129 124 104 101 126 106 214 303 303 275 107 215 208 212 213 231 307 431 426 CARRETERA M-501 M-501 M-505 M-505 M-505 M-506 M-506 M-506 M-509 M-513 M-513 M-600 M-607 M-610 M-614 M-616 M-625 M-962 IMD 8 124 8 615 8 501 8 800 10 802 11 330 11 474 12 127 11 107 10 251 14 443 8 579 8 736 1 0 5 1 2

9 955 8 500 9 007 1 4 0 1 0

(50)

A continuación se seleccionaron las posibles secciones desde las que era posible filmar el tráfico. Se pretendía seleccionar emplazamientos de cámara que cumplieran las siguientes condiciones:

- que el punto tuviera una buena perspectiva del sentido de tráfico de más intensidad;

- que el ángulo de perspectiva fuera tal que al menos se apreciaran 150 metros de carretera;

- que fuera posible realizar la colocación de la cámara claramente fuera de la vía. Esta condición tiene dos causas: la primera, evitar la interferencia de las maniobras del ensayo con la circulación; y la segunda, minimizar el efecto del dispositivo de toma de datos sobre el tráfico; y

- situados en las proximidades de un punto en el que fuera posible aparcar, con el objeto de que las distancias a recorrer caminando con el equipo fueran cortas, y que fuera sencillo para el vehículo de control dejar la corriente de tráfico e incorporarse a la misma con un efecto mínimo sobre ella.

Se consideró importante evitar que los conductores pudieran percatarse de las cámaras, dado que ello podía causar un cambio de comportamiento de los mismos. Este punto diferencia en dos tipos a los procedimientos estudiados. Algunos de ellos eran claramente perceptibles para los conductores, mientras que otros investigadores procuraron esconder los equipos [6].

(51)

TOMAS DE DATOS REALIZADAS

3.2. TOMAS DE DATOS REALIZADAS

Para la presente investigación se llevaron a cabo cuatro tomas de datos en carreteras. Las características principales de los tramos elegidos se resumen en la tabla 3.2.

Los emplazamientos fueron seleccionados de acuerdo con la metodología expuesta en el punto anterior. La IMD y el porcentaje de vehículos pesados se dan a continuación actualizadas, y corresponden a 1991. Por orden de realización de experimentos, fueron 9500 (6,4 %) en la M-607, 9800 (5,1 %) en la M-600, 8100 (8,6 %) en la M-lll y 14400 en la M-lll (5,0 %). En cada caso se seleccionaron dos puntos de filmación. En estos puntos se emplazaron cámaras encuadradas de tal manera que se filmaba directamente el tráfico en el sentido que se suponía iba a ser el más cargado, que se ha denominado SENTIDO 1 ó DERECTO (el tráfico en este sentido se dirigía hacia la cámara). El sentido opuesto se ha denominado SENTIDO

2 ó INVERSO. La distancia entre cámaras fue diferente en cada caso, ya que se

intentó tomar tramos de la máxima longitud posible. Estas distancias fueron, respectivamente, 4,7, 2,65, 1,75 y 3,55 km.

TABLA 3.2 TRAMOS ELEGIDOS PARA LA TOMA DE DATOS

TOMA DE DATOS 1 2 3 4 VÍA M-607 M-600 M-lll M-501 TRAMO Colmenar -Guadarrama El Escorial -Guadarrama Fuente El Saz

-Algete Nava del Rey

-Chapinería

FECHA

0 6 - 0 7 1991 0 8 - 0 6

1992 0 8 - 0 7

1992 2 2 - 0 4

(52)
(53)

TOMAS DE DATOS REALIZADAS

La medición de longitudes del tramo y longitudes en las que era posible adelantar en cada sentido se realizó con un vehículo dotado de equipo capaz de medir distancias con una precisión de 10 metros. Estas distancias de adelantamiento permitido se incluyen en el Apéndice 1 y son resumidas en la tabla 3.3. Puede observarse que existen diferencias claras entre los valores de este parámetro en un sentido, en el otro y en el conjunto. En este caso se ha considerado el conjunto como "longitud en la que está este permitido adelantar en uno u otro sentido", siguiendo el criterio matemático de unión entre conjuntos.

TABLA 3.3 DISTANCIAS DE ADELANTAMIENTO PERMITIDO

EXPERI-MENTO

1

2

3

4

VÍA

M-607

M-600

M - l l l

M-501

LONGITUD

DEL TRAMO

4,7 km

2,65 m

1,75 km

3,55 km

% PERMITIDO ADELANTAR

Directo

53,40

78,79

82,86

74,01

Inverso

52,13

72,73

91,43

73,16

Conjunto

79,57

91,29

100,00

92,37

Cada experimento tuvo una duración de alrededor de tres horas, dado que este es el tiempo que es posible rodar con una cinta de 8 mm de 90 minutos de duración a mitad de velocidad. Se procuró que las horas de experimento coincidieran con horas punta diarias o semanales.

(54)

3.3. INTENSIDADES RECOGIDAS

El fin del presente apartado es ilustrar acerca de la importancia de las intensidades de tráfico recogidas en las tomas de datos. Para ello se incluyen las tres figuras siguientes:

- El rango de intensidades horarias totales en cada carretera (Figura 3.1). - El rango de intensidades horarias por sentido en cada carretera (Figura 3.2). - Las intensidades horarias por sentido con el reparto (Figura 3.3).

(55)

T O M A S DE DATOS REALIZADAS

(56)

03

>

°g

O O

CD

o

CD

o

o

o

CN

o

4- o

0 0 O O

CO'

O - C — O CD

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CN • £ "~ CD O CO

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<-°§

C O CD c o T J

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O .

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o

o

CN

CO CN

sojep ap eujoi

(57)

TOMAS DE DATOS REALIZADAS

03

>

°g

O

1^-< 2 + °

co CD

(i]/'qeA)

OSJ9AU|

opjjuas ua pep¡sua;u|

(58)

4. PROCESO DE DATOS EN GABINETE

4.1. INTRODUCCIÓN

En el presente apartado se trata acerca de los procedimientos empleados para la reducción de datos de la cinta a formatos numéricos y alfanuméricos. Una cuestión previa muy relacionada con ésta es la elección del período de estudio para el análisis de las distintas variables de la circulación. Es conveniente plantear la reducción de datos en períodos similares a los utilizados para el análisis. Este apartado comienza, consecuentemente, tratando el tema de la duración de los períodos para el estudio de las variables de tráfico.

El objetivo final del trabajo es poder evaluar el nivel de servicio existente de la forma más práctica y sencilla posible. Para este fin es deseable plantear experimentos similares a los expuestos, pero reducidos, ya que debe ser posible estudiar un tramo de carretera con datos únicamente de una sección, y quizá un vehículo de apoyo para conocer las velocidades. Por ello, en lo que respecta a la reducción de datos, el proceso se planteó con dos objetivos:

(59)

PROCESO DE DATOS EN GABINETE

2) Establecer claramente las necesidades de tiempo para obtener los distintos datos. En el proceso propuesto como conclusión de este trabajo deben conocerse con claridad las necesidades de personal, material y tiempos para evaluar el nivel de servicio.

4.2. PERÍODO DE ESTUDIO

Antes de comenzar la reducción de datos era necesario decidir qué período de estudio se iba a considerar. Las alternativas lógicas eran 5 y 15 minutos. Estos son los valores considerados por casi todos los estudios anteriores en carreteras de dos carriles. Botma [6], Tolle [68] y Rozic [63] utilizaron 5 minutos. Boina, Sullivan y Zeng [5] prefirieron 15 minutos, y Buckley [11], siguiendo a May y Wagner [44], eligió períodos de 1 minuto para el estudio de intervalos, pero ambos estudios se realizaron en autopistas. El Manual de Estudios de Tráfico [9] del Instituto de Ingenieros de Tráfico de Estados Unidos plantea la toma de datos de intensidades en períodos de 15 minutos, excepto para estudios de capacidad de carreteras, en los que períodos de 5 minutos son preferibles.

Para el presente estudio se eligió un valor de 5 minutos con el objeto de maximizar dentro de lo razonable el número de datos para su análisis. Por ello el tiempo total de estudio fue dividido en intervalos de aproximadamente 5 minutos. La razón de esto es que en esta división se procuró no interrumpir ninguna columna (cola o caravana). En total, se cuenta con 258 períodos de circulación en dos sentidos, con intensidades horarias desde 150 a 2.100 veh./h. Dado que se realiza el análisis por sentido, los períodos totales son 536.

(60)

segundos entre el último vehículo de un período y el primero del siguiente. Este criterio hizo que en algunos casos los períodos durasen algo más de 5 minutos. Se ha dado un caso en la M-607 donde ha sido necesario considerar un único período de 10 minutos.

4.3. INTENSIDAD, INTERVALOS E IDENTIFICACIÓN DE LOS

TIPOS DE VEHÍCULO

Se empleó una técnica que permitió simultanear la identificación del tipo de vehículo con la medición del intervalo entre vehículos en cada cámara. Para esto se utilizó el equipo y personal siguiente:

- dos operadores, - dos ordenadores y

- un magnetoscopio (aparato reproductor de vídeo) y un monitor

Se trazó en cada caso una línea sobre la pantalla en la sección en la que se deseaba realizar la medida. Esta sección se identificaba en algunos casos con elementos físicos existentes en la carretera (hitos kilométricos, captafaros, etc.). En otras ocasiones la sección se identificaba con la presencia del autor del presente documento, que se colocaba en la sección escogida y cruzaba la carretera para marcar ambos extremos de la misma.

(61)

PROCESO DE DATOS EN GABINETE

El programa escribe un archivo en código ASCII con los siguientes datos: número de orden del vehículo, código de tipo de vehículo e intervalo con el vehículo precedente. Estos archivos son inmediatamente legibles desde programas de hoja de cálculo, procesadores de texto y programas de estadística.

De estos datos se puede calcular directamente la intensidad de circulación, dado que se conoce el conteo de vehículos y la duración del período considerado.

TABLA 4.1 TECLAS UTILIZADAS EN LA IDENTIFICACIÓN TIPOS DE

VEHÍCULOS

TIPO DE VEHÍCULO

Coche

Furgoneta

Camión

Autobús

Vehículo de Recreo

Motocicletas

CÓDIGO

"A"

»p"

"C"

"B"

"R"

"M"

TECLA

BARRA

ESPACIADORA

1

2

3

4

0

(62)

Cabe reseñar que los intervalos de medida en la cámara 2 de cada ensayo se determinaron utilizando la sincronización entre cámaras, de forma que correspondieran a un período completo en la cámara 1. Dada la intención de no interrumpir columnas, en algunos casos no fue posible ajustar al segundo las observaciones, pero los períodos resultaron aún así muy aproximados.

4.4. DENSIDAD EN CADA CÁMARA

La densidad en cada cámara se obtuvo determinando en primer lugar un tramo de longitud conocida en cada cámara. El tramo se determinaba del mismo modo descrito anteriormente para la sección de medida de intervalos. Las longitudes variaban en cada caso, dado que el tramo visto de carretera con precisión depende del emplazamiento de la cámara y de la geometría en planta y alzado de la sección. Las longitudes (en metros) se recogen en la tabla 4.2, y fueron medidas utilizando un podómetro.

TABLA 4.2 DISTANCIAS DE MEDIDA DE DENSIDAD EN CADA CÁMARA

EXPERI-MENTO

1

2

3

4

VÍA

M-607

M-600

M - l l l

M-501

LONGITUD DEL TRAMO PARA DENSIDADES

SECCIÓN 1

113,5

84

79,5

50

SECCIÓN 2

40

132,5

110

90

(63)

PROCESO DE DATOS EN GABINETE

tramo. De esta forma se disponía de 10 medidas de la densidad en un período de cinco minutos.

El tiempo de reducción de esta variable es del orden de 1,2 a 1,3 veces el tiempo de filmación, ya que el tiempo empleado en los conteos se recupera haciendo funcionar la cinta entre tiempos de medida a alta velocidad.

4.5. DENSIDAD ENTRE CÁMARAS

La densidad en el tramo puede determinarse midiendo el número de vehículos presentes entre las dos cámaras. Para pueden utilizarse los conteos de intensidades realizados, ya que en cada final de período los vehículos presentes en la sección serán los inicialmente presentes más los que hayan entrado en el tramo menos los que hayan abandonado el tramo. El único escollo a salvar es determinar el número de vehículos en el tramo en un momento dado.

Esto se consiguió con la ayuda del vehículo de control. Para ello se tomó un viaje completo del vehículo en el tramo del experimento. Sean los instantes de paso del vehículo por las secciones de control los siguientes:

- tld: instante de paso por la sección 1 en sentido directo - t2d: instante de paso por la sección 2 en sentido directo - ti i: instante de paso por la sección 1 en sentido inverso - t2i: instante de paso por la sección 2 en sentido inverso

(64)

De esta forma, para instantes posteriores a t2i (t > t2i) es posible conocer la densidad de vehículos en el tramo. La fórmula, evidente tras lo expuesto es:

Nt=T

densidad,.. =

-T -T Nt=T1=Nt=T0+ (NEntlanidiI+NEntraninv) T(¡ - (^salen, dir+^Salen, inv") T0

Dado que se contaba con los conteos por sección y sentido, realizados para obtener las intensidades, la única cuestión era obtener el número de vehículos en el instante t2i para cada tramo. El resto era automático.

Debido a las características del procedimiento descrito, es fácil deducir que no es realmente correcto hablar de necesidades de personal o medios auxiliares para obtener estos valores. Es obvio que es necesario emplear un magnetoscopio durante media hora, y una o dos personas. El tiempo de reducción de esta variable es del orden de media hora a una hora por ensayo, si se han realizado antes las operaciones descritas en el apartado 4.2.

4.6. TIEMPO DE RECORRIDO Y ADELANTAMIENTOS

Para obtener de la cinta de vídeo los datos de tiempo de recorrido y de adelantamientos es necesario identificar los vehículos en la sección 1 y la sección 2 de cada tramo, y leer en las cintas los tiempos de paso por cada sección. Por ello, el personal y equipo necesarios son los siguientes:

(65)

PROCESO DE DATOS EN GABINETE

El proceso seguido es el siguiente: se identifica en el comienzo de las cintas de la sección 1 y de la sección 2 un vehículo dado, y se anotan los tiempos de paso indicados por los aparatos reproductores de video. Al mismo tiempo se le daba al vehículo un número de orden de paso por la sección 1, y se mantenía este mismo número en la sección 2. Este número de orden es la clave para detectar los adelantamientos efectuados en el tramo entre las dos cámaras.

Este proceso sólo puede realizarse con seguridad en un solo sentido, ya que identificar los vehículos en ambos sentidos con fiabilidad es imposible. Esta imposibilidad deriva del hecho de que muchos vehículos son muy parecidos, especialmente en lo que se refiere a sus partes traseras. Para recoger los dos sentidos sería necesario realizar el encuadre perpendicularmente al tráfico, y con esta orientación distancia focal debe ser elevada (ir más hacia el teleobjetivo), para tener una buena definición de los vehículos. Pero si el encuadre es perpendicular y la distancia focal alta, no se puede observar a los vehículos -de ninguno de los dos sentidos- acercándose a la sección de control. Por ello se han obtenido datos en el sentido directo.

Las condiciones de luz deben ser adecuadas para permitir la correcta identificación de los vehículos. Si los encuadres son tales que se produce una filmación a contraluz los vehículos se perciben únicamente a través de sus siluetas. Las siluetas de la práctica totalidad de los coches son de sólo dos tipos: dos o tres volúmenes. Por ello si se dan contraluces la identificación es efectivamente imposible. Esto ocurrió en la cámara 2 de la M-501, por lo que en esta vía las velocidades medidas fueron de vehículos reconocibles por su silueta: todoterrenos, camiones, furgonetas, vehículos con baca, etcétera.

(66)

en vídeo qué marcas y modelos de aparatos reproductores de vídeo eran adecuadas para evitar este problema.

Dado que se conocen, mediante la sincronización realizada, los valores a sumar o restar al tiempo de la cámara 2 para transformarlos en tiempo de la cámara 1, puede realizarse en hoja de cálculo la corrección citada. Se obtiene así el tiempo real de recorrido de cada vehículo, y pueden entonces calcularse todas las variables deseadas.

Independientemente se examina las cadenas de números de orden. Detectando los cambios de orden en esta cadena se ve el mínimo número de adelantamientos realizados para que un orden natural (1,2,3,4,5,6,7,...) pase a un orden distinto (1,2,4,5,3,7,6,...). Se anotan entonces en hojas de cálculo todos los vehículos que adelantan, todos los adelantados y sus velocidades de recorrido respectivas.

Este proceso es, con diferencia, el más largo de todos los mencionados en la reducción de datos. El identificar los vehículos requiere avanzar y retroceder en la cinta, para tener la seguridad de que el vehículo es efectivamente el mismo en las dos cámaras. Por supuesto, el proceso es progresivamente más complejo cuando aumenta la intensidad de circulación, el número de adelantamientos y, consecuentemente, el desorden de vehículos en la cámara 2. Por ello, su duración está entre 5 y 12 horas de reducción de datos por hora de filmación con las dos cámaras, esto es, entre 5 y

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