Analisis tecnico economico del ancho de carril en vías doble calzada en Colombia

8/16/2019 Analisis tecnico economico del ancho de carril en vías doble calzada en Colombia

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EVALUACIÓN TÉCNICA ECONÓMICA DEL ANCHO DE CARRIL EN VÍAS DOBLECALZADA EN COLOMBIA

Jonatan Andrés González*

Luis Ernesto Sánchez Amaya**

*Ingeniero civil especialista en vías y transporte, Universidad Nacional de Colombia.Ingeniero de diseño. Pi épsilon

**Ingeniero civil especialista en vías y transporte, Universidad Nacional de Colombia.

Ingeniero de proyectos. Fardier S.A.S

RESUMEN

En este estudio se evalúa la influencia del ancho de carril en el flujo vehicular de vías doble

calzada. Contemplando como indicadores de la operación vehicular el nivel de servicio y lafrecuencia promedio esperada de accidentes. Con el fin de evaluar una posible modificación alancho que se traduzca en la reducción de la inversión para la construcción de infraestructura,facilitando la viabilidad de los proyectos doble calzada de la cuarta generación de concesionesque se realiza en el país.

PALABRAS CLAVE: ancho de carril, operación vehicular, optimización de la infraestructura.

INTRODUCCIÓN1

En Colombia se presenta un rezago general en infraestructura de transporte que se refleja en víascarreteras, férreas y fluviales, como en puertos y aeropuertos. Los indicadores del país en cuantoa infraestructura de transporte se encuentran por debajo de la media de la región e incluso de los

países en vías de desarrollo a nivel global. Tal déficit genera incremento de los costos en elsector transporte, especialmente en el transporte de carga el cual se ve afectado de maneradirecta, limitando la competitividad y el desarrollo del país1.

Consciente de lo anterior el país realiza actualmente la cuarta generación de concesiones viales(4G), dirigida a reducir la brecha en infraestructura y consolidar la red vial nacional, conectandolos centros de producción y consumo con los principales puertos y aeropuertos del país.Contempla la intervención de aproximadamente 8000 km de carreteras divididas en 43 proyectos, de los cuales 1370 km se encuentran definidos como vías de doble calzada, para unainversión total estimada de $50 billones. Programa impulsado bajo un esquema de AsociacionesPúblico Privadas (APP), en el que el 20% de la inversión correrá por cuenta del capital propio delos concesionarios y el 80% restante lo asumirán diferentes agentes del gobierno, ANIF (2014).

Adicionalmente la alta inversión en la infraestructura sobre corredores con insuficiente demanda,generaran un incremento en las tarifas de los peajes, encontrando a nivel general que la tarifasobre vehículos de carga será tres veces la actual, lo que iría en contravía a la iniciativa dedisminuir los costos del transporte sobre la producción nacional. Si bien algunos corredores se

1 Remitirse al indicador que evalúa el impacto de los costos del transporte en el indicador de comerciotransfronterizo, encontrado en el documento Doing Business Global 2013.


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han definido con especificaciones altas, estableciendo la necesidad de la construcción de víasdoble calzada, en tramos en donde la demanda estimada mediante las proyecciones de TPD no lorequiere, se menciona que la justificación de la construcción de la doble calzada no respondeúnica y exclusivamente a este parámetro, sino que además responde a externalidades sociales yeconómicas cuya cuantificación es compleja pero que permite, bajo ciertas consideraciones de

seguridad y presencia estatal un desarrollo Nacional importante.La ausencia de un manual de diseño para este tipo de infraestructura, hace que se recurre almanual de diseño geométrico para vías bidireccionales de un solo carril por sentido para eldiseño de vías doble calzada, adoptando tales especificaciones técnicas en su totalidad sin teneren cuenta las variables que se presentan en el comportamiento del tránsito por la influencia deesta nueva y particular infraestructura vial.

Es importante reconocer la diferencia que existe en el comportamiento del flujo vehicular en unavía bidireccional en la que las trayectorias en sentidos opuestos se encuentran adjuntas y una víadoble calzada para la que se contempla un separador central, que hace que dichas trayectorias seencuentren segregadas. Generando mayor sensación de seguridad por parte del conductor y engeneral mejoras en la seguridad vial.

Es preciso anotar que la congestión en vías nacionales bidireccionales no ocurre realmente alalcanzar una demanda cercana a la capacidad, si no que la misma se genera principalmente por la presencia considerable de vehículos pesados en tramos de pendiente ascendente, donde estosvehículos alcanzan una velocidad de régimen y no es posible realizar la maniobra deadelantamiento por parte de los vehículos con mayor potencia, generando pelotones deseguimiento en los que los conductores están al tanto de una brecha que permita adelantarinvadiendo el carril del sentido opuesto, afectando el nivel de servicio y generando riesgo deaccidentalidad. A diferencia de las vías doble calzada, en las que se considera que el carrilizquierdo es óptimo para realizar la maniobra de adelantamiento en cualquier momento, sinocasionar repercusiones en la operación.

Con base en lo anteriormente mencionado, es posible cuestionarse acerca de la conveniencia delos parámetros y especificaciones geométricas implementadas sobre las vías doble calzada, paralo cual este documento desarrolla una metodología que evalúa la pertinencia del parámetro deancho del carril, sin embargo se menciona la necesidad de revisión general de los parámetros queconlleve a la estructuración rigurosa de un manual que involucre las condiciones operativas yfísicas propias de la infraestructura vial colombiana.

JUSTIFICACIÓN2

2.1 Consideraciones para la construcción de infraestructura

La capacidad de una vía multicarril bajo condiciones de flujo base varia con la Velocidad a FlujoLibre (VFL). Para velocidades a flujo libre de 96, 88, 80 y 72km/h se estiman capacidades de2200, 2100, 2000 y 1900 vehículos particulares hora carril, respectivamente. Estos valores pueden cambiar de acuerdo con las condiciones específicas, sin embargo se consideran como base de referencia. Mas allá la capacidad de la vía refiere al flujo promedio sobre todos loscarriles de la vía, por lo que, para vías doble calzada con una velocidad de diseño típica de80km/h se tendrá una capacidad de 4000 vehículos particulares/hora/carril.

De acuerdo con los volúmenes de transito 2010-2011del INVIAS, la demanda sobre loscorredores viales nacionales se encuentran muy por debajo de la capacidad estimada, incluso


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para las proyecciones de tráfico, ocasionando un sobredimensionamiento de la infraestructura.Contrario a lo especificado en el CONPES 3760 (2013), donde se define en los lineamientos del programa de concesiones 4G que los proyectos viales deben ser argumentados conespecificaciones técnicas que promuevan la competitividad, contemplando la revisión de losmanuales técnicos del INVIAS, con el fin de lograr la optimización del gasto público y la

gradualidad de las inversiones acorde a la demanda de transporte.Son varias las alternativas que se plantean para generar la viabilidad de tales proyectos yoptimizar la inversión, con mayor inclinación hacia mecanismos de carácter político para hacermás atractiva la inversión privada, en los que como lo refleja la historia, se han percibidofalencias que implican un apalancamiento excesivo de los proyectos con recursos públicos. El presente documento propone como mecanismo para la viabilidad de los proyectos, una revisión alas especificaciones con el fin de reducir la inversión, optimizando la infraestructura y al mismotiempo garantizando una adecuada operación vehicular.

OBJETIVOS3

3.1 Objetivo general

Plantear la necesidad de revisión de las especificaciones implementadas sobre las vías doblecalzada, buscando que estas respondan a los requerimientos para una óptima operación vehicular,evitando sobrecostos, de acuerdo con estudios técnicos que así lo sustenten.

3.2 Objetivo específicos

Analizar la influencia del ancho de carril sobre la operación vehicular, específicamentedeterminar en qué manera afecta el nivel de servicio y la accidentalidad estimada.

Comprobar hasta qué punto es factible reducir el ancho de carril sin ocasionar mayores pérdidasen la capacidad de la infraestructura y generando ahorros significantes en la inversión para laconstrucción de la misma

Observar la sensibilidad en el aumento de la accidentalidad al respecto de la reducción de losanchos de carriles y por medio de esta determinar un ancho, que se denominará óptimo, el cual justifique esta reducción con el eventual ahorro en la inversión sumado a estrategias demitigación de accidentalidad por medio de dispositivos de iluminación y reducción de velocidad.

Indagar acerca de los beneficios económicos que implica la realización de estudios técnicos queverifiquen las condicionantes de diseño estipuladas en los manuales colombianos.

METODOLOGÍA4

Es de esperarse que un cambio en la sección transversal y más aún en el ancho de carril de unavía multicarril altere las condiciones de la operación vehicular. Con el fin de evaluar lasrepercusiones que dichas modificaciones tendrán y la factibilidad de la modificación, se llevará a

cabo un análisis de capacidad y accidentalidad en el que se presentara como variable el ancho enel carril.

4.1 Calculo de capacidad y Nivel de Servicio para vías multicarril

Para el cálculo del nivel de servicio (NS) se aplicara la metodología propuesta en el HCM 2010 para flujo ininterrumpido en vía multicarril.


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El nivel de servicio es un indicador de las condiciones de operación de la vía, se aplica endiferentes etapas, ya sea para la evaluación de alternativas, análisis de diseño o análisisoperacional. A continuación se presenta la metodología para el cálculo del NS

4.1.1

Velocidad a flujo libre

La velocidad a flujo libre (VFL), puede ser determinada mediante mediciones directas de campoen condiciones de tráfico definidas en vías en operación. Para el caso de vías en etapa de diseño

esta puede ser estimada usando la Ecuación (1)

Ecuación (1)

donde

VFLB = velocidad a flujo libre base para un segmento de la vía;FAC = ajuste por ancho de carril;FZL = ajuste por características de la zona lateral;

FTS = ajuste por tipo de separador; yFDPA = ajuste por la densidad de los puntos de acceso.

De la anterior ecuación la variable con mayor peso es la VFLB, esta se puede asumir para el casode vías en etapa de diseño igual a la velocidad de diseño, la cual corresponde únicamente a lascaracterísticas horizontales y verticales del trazado. Dicha VFLB se asume para condiciones basede diseño, por lo tanto se deben realizar ajustes para llevarla a las condiciones específicas.

4.1.1.1 Ajuste por ancho de carr il

La condición base para esta definida para un ancho de carril de 3.65m o más, cuando se usananchos de carril menores se debe realizar un ajuste de acuerdo a la Tabla 1.

Tabla 1. Ajuste VFL por ancho de carril

Fuente: elaboración propia con base en el capítulo 12 del HCM 2010.

4.1.1.2 Ajuste por característi cas de la zona lateral

La zona lateral despejada se define como la distancia del borde del carril externo al objeto periódico o continuo más cercano, esta metodología se aplica para ambos lados de la vía. Paravalores mayores a 1.83m se tomara un valor de 1.83m.El lado izquierdo por lo general presentaun objeto fijo continuo como separador, el cual no afecta el comportamiento de los conductoressi se encuentra a una distancia igual o superior a 0.60m del borde del carril izquierdo, en tal casose asume una zona lateral despejada de 1.80m. Finalmente se define la zona lateral despejadatotal (ZLDT) como la suma de la zona lateral despejada al lado derecho y la zona lateraldespejada al lado izquierdo. En laTabla 2 se presentan el ajuste por las condiciones específicasde la zona lateral para una vía con cuatro carriles.

Ancho de carril

(m)

FAC

(km/h)

3.65 0.00

3.65 - 3.35 3.06

3.05 - 3.35 10.62


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4.1.1.3 Ajuste por t ipo de separador

Se aplica una disminución en la VFL de 2.55km/h para vías sin elemento separador de los flujosen dirección contraria.

Tabla 2. Ajuste VFL por características de la zona lateral


4.1.1.4

Ajuste por densidad de pun tos de acceso

La densidad de puntos de acceso se define como el número promedio de accesos por longitud alo largo de la vía, esta se obtiene de dividir el número de accesos total (vías de diferentescategorías, con conexión al costado derecho e igual dirección de la vía en estudio) en la longitudtotal del segmento de estudio. Incluyendo únicamente los puntos de acceso que causen influenciasobre el flujo de tráfico, accesos que no sean percibidos por los conductores o con baja actividadno son incluidos.

Los estudios indican que por cada punto de acceso por km, la reducción estimada en la VFL esaproximadamente 0.40km/h, independientemente del tipo de separador que se establezca con elenlace de entrada. La Tabla 3 presenta el ajuste a la VFL por la densidad de puntos de acceso.

Tabla 3. Ajuste VFL por densidad puntos de acceso


4.1.2 Selección de la VFL de análisis

Dado que las ecuaciones para la determinación del nivel de servicio están definidas únicamente para VFL de 96, 88, 80 y 72km/h, es necesario seleccionar una de estas. No es recomendablerealizar interpolación entre los resultados de las ecuaciones definidas para valores cercanos, porlo tanto se debe acudir al valor más cercano a la VFL calculada.

4.1.3 Ajuste volumen de demanda

Dado que la capacidad es definida para un volumen de demanda en vehículos particulares, esnecesario para realizar la comparación entre la demanda esperada y la capacidad del segmento

ZLDT (m) FZL km/h

3.65 -

3.05 0.64

2.44 1.45

1.83 2.09

1.22 2.90

0.61 5.79

- 8.69

Densidad de puntos de

acceso/km

FA

km/h0 0.0

10 4.0

20 8.0

30 12.0


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llevar los volúmenes de demanda a su equivalente en vehículos particulares. En otras palabras loque se hace es determinar la equivalencia de la presencia de buses y camiones a vehículos particulares, para lo cual el método propone la siguiente ecuación:

Ecuación (2)donde

Vp = volumen de demanda en una hora por carril en vehículos particulares equivalentes;V = volumen de demanda para las condiciones específicas, es decir el número de vehículos proyectado, (vehículos/hora/carril);FHP = factor hora pico; N = número de carriles;f VP = factor de ajuste por presencia de vehículos pesados; yf PC = factor de ajuste por características de la población de conductores.

Se puede observar en la Ecuación (2) la inclusión devariables que permiten acercar el análisis a condiciones específicas. A continuación se detalla larelevancia de cada una de ellas.

4.1.3.1 Factor hora pico – FHP

Representa la variación en el flujo del tráfico en intervalos de una hora, este se establece como larelación entre el máximo volumen registrado en un intervalo definido de 15 minutos y el total dela hora, para la hora de mayor demanda. En el caso de vías rurales los valores máximos devolumen en 15 minutos no son sostenidos, encontrando una alta variabilidad entre medicionesconsecutivas, que no permite establecer un FHP representativo del flujo. Se propone entonces un

rango para el FHP entre 0.75 a 0.95. Valores menores son típicos de condiciones bajas devolumen y valores mayores corresponden a vías en zonas urbanas y suburbanas.

4.1.3.2 Presencia de vehículos pesados

Son varias las tipologías de vehículos que se agrupan dentro de la definición de vehículos pesados, dentro de los cuales se contempla la presencia de camiones y buses. El factor por presencia de vehículos pesados incorpora la equivalencia a vehículos particulares como se

enseña en la Ecuación (3):

Ecuación (3)donde

f VP = factor de ajuste por la presencia de vehículos pesados;PCB = proporción de camiones y buses; yECB = equivalencia de un camión o bus a un vehículo particular, esta equivalencia representael número de vehículos particulares que usarían la misma capacidad de la vía que unvehículo pesado.


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El efecto de un vehículo pesado sobre la capacidad de la vía es función de las condiciones delterreno, por lo tanto, se pueden definir la variable ECB mediante tres criterios diferentes:condiciones generales del terreno en segmentos extendidos de la vía, pendientes específicas deascenso o pendientes específicas de descenso.

4.1.3.3 Ajuste por l a población de conductor es

Se asume para las condiciones base que la población de conductores está compuesta de viajeroscon finalidades de desplazarse de un origen a un destino en la menor cantidad de tiempo deforma segura. En el caso de los vehículos recreacionales esto no es cierto, este tipo deconductores utilizan la vía de una manera menos eficiente, desplazándose a un velocidad menora la VFL haciendo que la capacidad de la vía se vea afectada. Es por ello que se propone unfactor de corrección f PC de acuerdo a la presencia de este tipo de conductores, proponiendo unrango entre 0.85 en el caso de zonas recreacionales, a 1.00 para el caso en que la presencia deeste tipo de conductores no es apreciativa.

4.1.4 Determinación de la Velocidad estimada y densidad

Partiendo de la demanda esperada VP calculada con la

Ecuación (2), se determina la velocidad estimada

(VE), por medio de la Ecuación (4) endonde las variables a y b son constantes que dependen de VFL, para valores de V P menores de1400 la velocidad estimada es igual a la VFL de análisis. En la Tabla 4 se presentan los valoresde las constantes a y b.

Ecuación (4)

Tabla 4. Variables a y b


Una vez determinada la VE se procede al cálculo de la densidad (D), definida como el número devehículos equivalentes por km por carril. Se puede entender como una medida de la proximidadentre vehículos durante el flujo y equivale a la relación entre VP y VE.

4.1.5 Determinación del Nivel de Servicio (NS)

Con base en el valor de la densidad se define el NS de acuerdo con la siguiente tabla:

VFL

(km/h)a b

96 8.00 800

88 6.05 700

80 5.58 600

72 4.45 500


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Tabla 5. Nivel de servicio para vías multicarril.


4.2 Estimación de accidentalidad

Para la estimación de la accidentalidad se remite a la metodología descrita en el capítulo 11 delManual de Seguridad para Carreteras HSM (Highway Safety Manual). Método predictivo paraautopistas rurales multicarril. En el mismo se prevé estimar la frecuencia promedio esperada deaccidentes y discriminada por severidad y tipo de choque. El método descrito en este capítulo esaplicado a cuatro casos: segmentos de vías rurales de cuatro carriles con y sin separador, y demanera adicional el método es usado en intersecciones de tres y cuatro accesos.

De manera específica se recurre al método que estima la frecuencia promedio de accidentes paravías multicarril con separador central. Se presenta a continuación el método utilizado haciendoénfasis en las consideraciones técnicas del mismo que permiten que el método pueda ser aplicadoen condiciones geométricas y operativas particulares.

4.2.1 Información general

El método consiste en un procedimiento de 18 pasos por medio del cual es posible estimar lafrecuencia esperada promedio de accidentes (N) en una red de carreteras. En este método lacarretera es dividida en segmentos individuales con características geométricas y operativashomogéneas de tal manera que la frecuencia esperada de accidentes será la sumatoria de losaccidentes determinados en cada segmento homogéneo.

El modelo predictivo usado tiene la forma que se enseña en la

Ecuación (5) , y estaestructura es usada para la evaluación en los cuatro casos definidos en el manual y mencionadosanteriormente.

Ecuación (5)

donde,

NEstimado = Frecuencia esperada promedio de accidentes para un año específico en elsegmento tipo “x”;

NSVFL

(km/h)

Densidad

(Veh equi/km/carril)

A Todas 0-18

B Todas 18-29

C Todas 29-42

D Todas 42-56

96 56-64

88 56-66

80 56-69

72 56-72

96 >64

88 >66

80 >69

72 >72

E

F


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Nspf x = Frecuencia esperada promedio de accidentes determinada para condiciones base para las funciones de desempeño de seguridad (FDS) desarrolladas para el segmento tipo“x”;FMAyx = Factores de modificación de accidentes específicos para el segmento de vía tipo“x”, diseño geométrico específico y características de control de tráfico “y”; y

Cx = Factor de calibración que ajusta las FDS para las condiciones locales del segmento“x”.

Seguido de la estructura general del método, es necesario mencionar la definición de doblecalzada en el manual, con el fin de evaluar si la misma es aplicable a lo que posteriormente seevaluará como estudio de caso. El segmento de vía rural de cuatro carriles divididos para el cuales posible aplicar el método se define como el segmento de vía de dos carriles por sentidoseparados por un área en relieve, un deprimido o una barrera la cual no está diseñada para quesea traspasable por un vehículo. La definición anterior recoge entonces el caso de doble calzadadiseñada en el tramo de vía Colombiana objeto de estudio.

En algunas ocasiones, ciertos pasos no se requerirán porque la información no está disponible oel paso no es aplicable a la situación particular que se evalúa. Estos pasos se describen en laFigura 1

Figura 1. Método predictivo del HSM

Fuente: elaboración propia con base en el HCM 2010.

Se presenta a continuación una síntesis de los pasos descritos previamente, con el fin deidentificar las condicionantes más importantes del método en los pasos que el estudio de casoaplicará, es decir aquellos que no tienen relación con la aplicación del método empírico de Bayesdebido a la ausencia de información sobre accidentalidad en la zona.


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4.2.1.1 Paso 1. Def inir los lími tes y tipos de dispositi vos del segmento o intersección en lacarretera a evaluar .

El método puede ser ejecutado para una red de carreteras, un segmento de carretera o unaintersección con características homogéneas, las mismas pueden ser vías ya existentes,alternativas de diseño o para carreteras nuevas. Los límites de la carretera de interés dependerán

de la naturaleza del estudio y el método podrá ser aplicado a un corredor extenso determinandode manera adecuada tramos de carretera con condiciones homogéneas.

4.2.1.2 Paso 2. Defini r el periodo de estudio

El método predictivo podrá ser desarrollado para periodos pasados o futuros mientras exista la posibilidad de determinar para cada uno de los años el TPD y características geométricasasociadas y de ser posible, información relacionada a la accidentalidad.

4.2.1.3 Paso 3. Determinar el TPD para cada año en el periodo de interés

Para cada segmento de carretera el TPD corresponde al volumen diario promedio en 24 horas para ambos sentidos en cada año del periodo de interés. Esta información es crucial debido a que

los FDS y algunos FMA incluyen el TPD como variable. El TPD para periodos futuros podrá ser pronosticado a través de un estudio adecuado de la planificación del uso del suelo o modelos de predicción ajustados a condiciones locales de crecimiento.

4.2.1.4

Paso 4. Determinar las condiciones geométr icas, dispositi vos de control de tráfico ycaracterísticas del segmento

Se determinan en primera medida los parámetros sobre los cuales se definen las condiciones basea las cuales se les aplicarán los factores que homologarán a condiciones locales y permitiránevaluar una carretera con condiciones particulares. Las mismas son longitud del segmento decarretera, TPD, ancho de separador existente, ancho de bermas, ancho de carril, presencia deiluminación, presencia de dispositivos de control de velocidad.

4.2.1.5

Paso 5. Dividir la carr etera en segmentos individuales

Esta división responde a la homogeneidad del tramo en términos geométricos y operativos dadosespecíficamente por el TPD involucrado. El método recomienda que cuando se realice estasectorización, la misma no puede ser menor a 160m con la finalidad de minimizar los recursos para el cálculo y no afectar los resultados.

4.2.1.6 Paso 7. Seleccionar un segmento de vía o intersección

En este paso se escoge un segmento de vía de los anteriormente definidos para determinar sobreeste la accidentalidad esperada. Cabe denotar que como producto del método se obtiene lafrecuencia promedio estimada de accidentalidad para la totalidad de la carretera como la suma dela accidentalidad obtenida en cada uno de los segmentos de vía e intersecciones evaluadas para

cada año del periodo de estudio.

4.2.1.7 Paso 8. Seleccionar el año de evaluación.

El periodo seleccionado deberá ser evaluado un año a la vez para cada carretera, debido a que losFMA y FDS, varían conforme lo hacen los TPD´s asociados a cada año.


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4.2.1.8 Paso 9. Seleccionar y apl icar las funciones de desempeño de segur idad FDS

Las funciones de desempeño de seguridad corresponden a un modelo de regresiones estadísticas basadas en información de accidentalidad para una muestra de carreteras con condicionesespecíficas y contrastadas con las condiciones base. Las FDS para el segmento evaluado soncalculadas usando el TPD determinado en el Paso 3. El efecto del volumen vehicular en la

frecuencia de accidentes es incorporado a través de este factor. Las condiciones base para lasFDS para carreteras doble calzada con separador son:

ancho de carril: 3.65m;ancho de berma derecha: 2.44m;ancho de separador (incluye carriles de giro y berma interna): 9.14m;iluminación: No tiene; ydispositivos de control de velocidad: No tiene.

La FDS para estimar la frecuencia promedio de accidentes para el segmento de vía doble calzada

se presenta en la Ecuación (6).

Ecuación (6)

donde;

NFDS rd = Número base total de accidentes en el segmento de carretera por año;TPD = Tránsito promedio diario (Veh/día) en el segmento de carretera;L = Longitud del segmento de carretera (millas);ya,b = Coeficientes de regresión.

Los coeficientes usados en la Ecuación (6) se presentan en la Tabla 6

Tabla 6. Coeficientes ecuación de FDS para vías doble calzada con separador

Fuente: elaboración propia con base en el HCM 2010. La severidad tipo C, según la escala de grado de accidentesKABCO que incluye las categorías: Fatales (K), Serias (A), Moderadas (B), menores (C) y ninguna (O. Popkin et.al(2012)

Una vez estimado el número base de accidentes en el segmento de carretera, es posibleclasificarlos según el tipo y grado de severidad conforme la distribución que indique lainformación de accidentalidad disponible, es por ello que estos factores deberán ser calibradossegún la disponibilidad de información local.

Nivel de severidad a b

Total -9.025 1.049

Fatales y lesiones -8.837 0.958

Fatales y lesiones

Exluye solo posibles lesiones de

Severidad tipo C

-8.505 0.874


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4.2.1.9 Paso 10. Seleccionar y aplicar los factores de modif icación de accidentes FMA

Con el fin de involucrar las diferencias entre las condiciones base y las específicas del segmentoevaluado, son usados los FMA para ajustar las FDS estimadas. Cuando las condiciones delsegmento son iguales a las condiciones base, los FMA son 1.00.

Se obtienen en este capítulo cinco factores de modificación de accidentes, relacionados a lascinco condiciones Base definidas para una carretera doble calzada con separador.

FMA1rd – Ancho de Carril: El factor debido al ancho de carril es determinado según

la Ecuación (7)

Ecuación (7)

donde;

FMA1rd = FMA Para el número total de accidentes;FMAra = FMA por tipo de accidentes;ypra = Proporción de número total de accidentes por tipo (Predefinido de 0.5);FMAra es determinado de la Tabla 7 basada en un rango aplicable de anchos de carril; y

TPD´s. El valor predefinido de pra usado es 0.50 que indica que los accidentes debido asalida de la calzada, choque contra vehículos y choque contra barreras laterales representanun 50% del total de accidentes presentados. Este valor predefinido deberá ser adaptadosegún la información de accidentes de orden local.

FMA2rd – Ancho de berma derecha: la condición base que establece la FDS inicial para este parámetro es de 2.44m por tanto anchos iguales o superiores a esta medidatendrán un valor de 1.00, tal como se enseña en la Tabla 8

Tabla 7. FMA por tipo de accidente relacionado al ancho de carril (FMA1rd)


Tabla 8. FMA relacionado a la berma derecha (FMA2rd)


2000

9.00 2.74 1.03 1.03 + 1.38 X 10-4

(TPD - 400) 1.25

10.00 3.05 1.01 1.01 + 8.75 X 10-5

(TPD - 400) 1.15

11.00 3.35 1.01 1.01 + 1.25 X 10-5

(TPD - 400) 1.03

12.00 3.66 1.00 1.00 1.00

TPD (veh/día)Ancho de carril(ft)

Ancho de carril(m)

Promedio ancho

de berma

(ft)

Promedio ancho

de berma

(m)

FMA

0 0 1.18

2 0.61 1.13

4 1.22 1.09

6 1.83 1.04

8 o más 2.44 o más 1.00


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FMA3rd – Ancho de separador: la condición base que establece la FDS inicial para

este parámetro es de 9.14m y esta medida está tomada desde la línea interior delcarril izquierdo por tanto toma las medidas de las bermas internas. Los FMA paraesta condición se resumen en la Tabla 9.

Tabla 9. FMA relacionado al ancho del separador (FMA3rd)

Fuente: elaboración propia con base en el HCM 2010. Los FMA en la tabla corresponden a separadores sin barrerasde tráfico.

Con respecto a los Factores de modificación de accidentes, se menciona que existen dos másrelacionados con la iluminación presente en la vía y la presencia de dispositivos de control develocidad que si bien está bien relacionar en el método, para este particular caso no esfundamental puesto que no tendrán peso sobre la evaluación realizada en el caso de estudiodebido a la ausencia de estos parámetros en la vía objeto de estudio.

4.2.1.10

Paso 11. Aplicar el factor de calibr ación

El factor de calibración aplicado en este numeral consiste en un factor que trata de ajustar acondiciones propias regionales la accidentalidad reportada, debido a que según la región y suscondiciones específicas (Clima, fauna, población de conductores, comportamiento en conducciónetc) varía la tasa de accidentalidad, por tanto según sea mayor el reporte de accidentalidad de lavía en estudio sobre la vía en que se realizó el análisis para estimar Funciones de desempeño deseguridad del manual, el factor será mayor a 1.00 y si dicho reporte es menor, este factor serámenor a la unidad.

Ahora bien los pasos siguientes son operativos en el sentido en que realizan una repetición de los pasos anteriormente descritos según existan segmentos, años y TPD´s adicionales a evaluar para

finalmente culminar con la evaluación comparativa de los escenarios propuestos, por tanto eneste resumen no se explicarán en detalle.

APLICACIÓN Y ANALISIS5

Con el fin de establecer una comparación de las condiciones de operación, nivel de servicio yaccidentalidad para diferentes anchos de carril y posteriormente evaluar los ahorros en lainversión para la construcción de la infraestructura vial, se presenta un caso de estudio en el que

Ancho de

separador

(ft)

Ancho de

separador

(m)

FMA

10 3.05 1.04

20 6.10 1.02

30 9.14 1.00

40 12.19 0.99

50 15.24 0.97

60 18.29 0.96

70 21.34 0.96

80 24.38 0.95

90 27.43 0.94

100 30.48 0.94


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se realizó la evaluación operativa sobre una vía doble calzada que hace parte de los proyectos deconcesión de cuarta generación.

Para el análisis descrito anteriormente se escogió el corredor vial denominado Conexión Pacífico2, que hace parte del proyecto Autopistas para la Prosperidad, enmarcado bajo las concesiones4G, comprende el trayecto entre los municipios de La Pintada y Bolombolo, en el departamento

de Antioquia. Vía doble calzada con dos carriles por dirección de 3.65m cada uno, cuenta con unseparador central de 2.00m, bermas internas de 1.00m y externas de 2.00m, a los lados externosde cada calzada se define una cuneta para tramos en excavación u hombrillo en el caso de tramoen lleno, de 1.20m de ancho. Para el tratamiento general de los taludes, se ha definido una pendiente de 0.75:1 para corte y 2.00:1 para llenos. En cuanto a la velocidad de diseño se definiócomo 80km/h. Durante la fase de diseños el corredor se ha subdividido en cuatro unidadesfuncionales, la tercera de estas corresponde al túnel Mulatos con una longitud aproximada de2.40km, tramo que presenta unas condiciones totalmente distintas de operación por lo que seomitirá esta unidad para el análisis.

Inicialmente se realizaron los estudios de tránsito para el proyecto, que contempla la estimacióndel tránsito promedio diario (TPD) para el periodo acordado de diseño y estructuración delesquema de concesión de 24 años desde la apertura de la vía en el 2021. En la Tabla 10 seresumen las variables requeridas en el desarrollo de la metodología.

5.1

Calculo nivel de servicio para diferentes valores del ancho de carril.

5.1.1

Calculo VFL

Se asumió la velocidad de diseño como la VFLB, partiendo de esta y de acuerdo con lascondiciones específicas definidas se calcula la VFL. Dado que las especificaciones de diseñocumplen con las condiciones base, solamente fue necesario aplicar el ajuste por el cambio en elancho de carril. En la Tabla 11 se resumen los resultados de la VFL.

Tabla 10. Parámetros de análisis para Pacifico 2.

Fuente: estudio de tráfico – Conexión Pacifico 2, informe proyecciones finales abril 2015 – steer davies gleave.

UF I UF II UF IV

TrayectoLa Pintada - Pte

Iglesias

Pte Iglesias - Túnel

Mulatos

Túnel mulatos -

Bolombolo

TPD (2045) 5935 7324 6972

Camiones (%) 75.47 64.38 62.88

Buses (%) 4.14 3.36 3.53

Tipo de terreno Ondulado Ondulado Montañoso

Longitud (km) 14.74 19.12 3.16

Unidad FuncionalParametro


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Tabla 11. VFL para diferentes ancho de carril para el caso de estudio

Fuente: elaboración propia.

5.1.2 Ajuste volumen vehicular proyectado

Para la aplicación del método es necesario realizar el cálculo de los volúmenes de transito porhora carril. De acuerdo con el estudio de tránsito, se toma una distribución igual en cadadirección. Se define el volumen por hora, el perfil horario de tráfico enseña que los volúmenes seconcentran en un periodo de 12 horas, para el que se observa una tendencia constante, con unleve incremento entre las 16:00 y las 18:00.Con base en lo anterior se define que en la hora demayor demanda se tiene el 10% del volumen diario.

Dados los bajos volúmenes vehiculares que se presentan se asumirá un FHP típico de estascondiciones de 0.75. En cuanto al factor de ajuste por la presencia de vehículos pesados elmétodo define un valor de ECB de 2.50 para terreno ondulados y 4.50 para terreno montañoso. A partir de estos datos se calculó el ajuste por presencia de vehículos pesados.

En cuanto al ajuste por la población de conductores, se tomara un valor de 1.00 para todas lasunidades de diseño ya que no se especifica mayor presencia de vehículos recreacionales. LaTabla 12 resume el ajuste del volumen vehicular (vehículos equivalentes/hora/carril) y losresultados para cada unidad de diseño.

Tabla 12. Ajuste volumen vehicular por unidad de diseño


5.1.3 Velocidad estimada y densidad

En la Tabla 11 se establecen las VFL de análisis para cada unidad, dado que el V P es menor a1400veh/hora/carril, VE corresponde a la VFL de análisis para las tres unidades, siendo así V Eigual a 80.00km/h para los anchos de carril de 3.65 y 3.35m, y 72.00km/h para carriles de 3.05m.Los resultados se enseñan en la Tabla 13.

5.1.4 Nivel de servicio

Una vez definida la densidad en vehículos equivalentes por kilómetro para cada carril y lavelocidad a flujo libre se define el nivel de servicio. En la Tabla 13 se presentan los resultadosdel nivel de servicio por unidad de diseño.

Ancho de Carril

(m)

FAC

km/h

VFL calcula

(km/h)

VFL analisis

(km/h)

3.65 0.00 80.00 80.00

3.30 3.06 76.94 80.00

3.00 10.62 69.38 72.00

Unidad

FuncionalTPD

Vehiculos

(hora/sentido)f VP

VP

(Veh equi/hora/carril)UF I 5935 297 0.55 359

UF II 7324 366 0.59 414

UF IV 6972 349 0.57 407


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Tabla 13. Determinación del NS por ancho de carril.


Como resultado del anterior análisis se ha encontrado que para volúmenes vehiculares bajoscomo es el caso de la vía en estudio, una reducción en el ancho de carril no tiene mayoresrepercusiones sobre el nivel de servicio de la vía. Zegger et al (2008) encontraron que el anchode carril tiene una sensibilidad moderada sobre el cálculo del nivel de servicio en víasmulticarril, y que para volúmenes de baja demanda la densidad no presenta mayores incrementoscon la disminución del ancho de carril, permitiendo mantener un nivel de servicio óptimo sobre

la vía.5.2 Análisis de Seguridad

Analizada la metodología para el cálculo de la accidentalidad se procede a realizar ladeterminación para la vía doble calzada objeto de estudio, en la misma, como se nombróanteriormente se evaluarán tres tramos, debido a que el TPD registrado sobre el segmento, asícomo las condiciones geométricas relacionadas son homogéneas en su extensión.

De igual manera es vital recordar que el análisis busca evaluar la variación de la accidentalidadsegún una reducción secuencial del ancho de carril, con el fin de determinar mediante esteestudio un ancho de carril al que se denominará óptimo debido a que no incrementa de manerasignificativa la accidentalidad y permite a través de este un ahorro significativo de la inversión

en construcción.Ahora bien, como se ilustró en la metodología anteriormente expuesta, el ancho de carril seevalúa para cuatro casos, los mismos que este estudio tomo en cuenta para la determinación de laaccidentalidad y el establecimiento de un ancho “optimo” reducido.

En la Tabla 14 se enseñan los parámetros evaluados para cada uno de los segmentos así como elresultado final de la accidentalidad promedio esperada para el año 2045. En dicha tabla podemosobservar los coeficientes seleccionados según la metodología descrita para cada uno de losfactores. Es necesario precisar que el factor de calibración que busca especificar laaccidentalidad según las condiciones locales es 1.00 debido a la falta de información deaccidentalidad relacionada con la zona de estudio, sin embargo se deja expresado que este valor

deberá ser mayor a la unidad debido a las condiciones benévolas que contemplan los manualesde diseño americanos que se basan de igual manera en las condiciones específicas de lageomorfología norteamericana.

Ancho carril

Unidad

Funcional

Densidad


Nivel de

servicio

Densidad


Nivel de

servicio

UF I 4 A 5 A

UF II 5 A 6 A

UF IV 5 A 6 A

3.00m3.65 y 3.30m


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Tabla 14. Resultados accidentalidad caso de estudio.

Fuente: Elaboración propia

Realizado el proceso de estimación de accidentalidad, el cual es muy somero en términos de

especificidad, puesto que no indica el tipo de accidente y el nivel de severidad, ya que el mismose podrá evaluar en estudios posteriores con las proporciones encontradas con datos reales de lazona, es posible estimar una curva que muestre el comportamiento de la accidentalidad conformese reduce el ancho del carril. Es así como se construye la ¡Error! No se encuentra el origen dela referencia. en la que se puede observar la sensibilidad en el aumento de la accidentalidadsobre reducciones entre 3.65m y 3.35m versus la sensibilidad en el aumento de la accidentalidaden el rango de anchos de Carriles menores a 3.35m donde se observa un aumento considerable dela accidentalidad.

CONCLUSIONES6

Aplicando la metodología expuesta para el caculo del NS en vías multicarril, la modificación en

el ancho de carril solamente presenta repercusiones en la VFL que se desarrolla en lascondiciones en operación, haciendo que esta se reduzca con la disminución del ancho. De losvalores observados en la Tabla 1 se evidencia que estas variables no presentan una relaciónlineal. Aunque el rango de análisis en el método está limitado a una disminución de 0.60m a partir del valor ideal de 3.65m, es posible establecer que con una reducción de 0.30m en el anchodel carril, para una velocidad de diseño estándar en Colombia de 80km/h y bajo condiciones base para las demás variables, no presentara cambio en la definición de la VFL de análisis, puesto que

Unidad

FuncionalTPD Longitud

NFDS

Total

Ancho de Carril

FMA1rd

Ancho Berma

FMA2rd

Ancho

Separador

FMA3rd

Factor de

calibraciónN estimado

UF I 5,935 14.74 10.02 1.00 1.04 1.03 1.00 11

UF II 7,324 19.12 16.20 1.00 1.04 1.03 1.00 17 UF IV 6,972 3.16 2.54 1.00 1.04 1.03 1.00 3

Unidad


NFDS

Total

Ancho de Carril

FMA1rd

Ancho Berma

FMA2rd

Ancho

Separador

FMA3rd

Factor de


UF I 5,935 14.74 10.02 1.03 1.04 1.03 1.00 11

UF II 7,324 19.12 16.20 1.03 1.04 1.03 1.00 18

UF IV 6,972 3.16 2.54 1.03 1.04 1.03 1.00 3

Unidad


NFDS

Total

Ancho de Carril

FMA1rd

Ancho Berma

FMA2rd

Ancho

Separador

FMA3rd

Factor de


UF I 5,935 14.74 10.02 1.15 1.04 1.03 1.00 12 UF II 7,324 19.12 16.20 1.15 1.04 1.03 1.00 20

UF IV 6,972 3.16 2.54 1.15 1.04 1.03 1.00 3

Unidad


NFDS

Total

Ancho de Carril

FMA1rd

Ancho Berma

FMA2rd

Ancho

Separador

FMA3rd

Factor de


UF I 5,935 14.74 10.02 1.25 1.04 1.03 1.00 13

UF II 7,324 19.12 16.20 1.25 1.04 1.03 1.00 22

UF IV 6,972 3.16 2.54 1.25 1.04 1.03 1.00 3

Caso Ancho de Carril 3.05





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al aplicar el ajuste el resultado es una VFL de 76.94km/h, valor para el cual la VFL de análisisequivale a 80km/h. Una reducción mayor conllevaría a pasar una VFL menor.

Al respecto del componente de seguridad vial es posible concluir que si bien la reducción delancho del carril implica un aumento en la accidentalidad, este valor, relacionado a la reducciónhasta 3.35m es posible mitigarlo por medio de medidas adicionales que contemple la utilización

de dispositivos electrónicos de control de velocidad y mejoramiento de las condiciones deiluminación, parámetros asociados a la operación de la vía que involucrarían factores adicionalesen la ecuación general de estimación de la accidentalidad y podrían, bajo modelacionesadicionales, indicar una disminución de este fenómeno.

La estimación de la accidentalidad utilizada en el estudio de caso es una primera aproximación lacual tendrá que ser profundizada por medio de un estudio que involucre la recolección y análisisde accidentalidad sobre el corredor a evaluar, y permita, además de estimar datos totales deaccidentes, discriminarlos por tipo y nivel de severidad con el fin de que esta informacióndetallada sea cuantificable económicamente y permita establecer ahorros en materia de prevención por medio de dispositivos relacionados a la seguridad vial.

El análisis económico que se realice en paralelo a las determinaciones técnicas evaluadas pormedio de este estudio deberá contemplar el costo adicional que implica que la accidentalidadaumente y posteriormente el costo que se disminuye conforme se implementan medidas de protección por medio de dispositivos puntuales ubicados sobre la vía.

Finalmente tomando un ancho de carril de 3.35m, definido como la reducción adecuada sinalteraciones nocivas sobe la operación vehicular, se tendrá para el caso de vías doble calzadauna reducción en el ancho de la sección transversal de 1.20m en total. A partir de esto se realizoel modelo en 3D de la vía utilizando el software AutoCAD CIVIL 3D, para un tramo de la vía de5.00km encontrando una reducción aproximada de 4,0% en el volumen de tierras desplazado para lleno y corte, y un ahorro del 8.2% en la estructura de pavimento. Estos valores varian deacuerdo a las condiciones del terreno, sin embargo, revelan una reducción considerable de las

cantidades para construcción y por ende de la inversión. Otras cantidades sobre las cuales se presenta una reducción directa en el costo de la infraestructura son las plataformas de los puentesy el tratamiento de taludes.

REFERENCIAS7

American Association of state highway and transportation official´s. ASSHTO, Federal highwayadministration, transportation research board (2010), Highway Safety Manual. Chapter 11.Predictive method for rural multilane highways.

Asociación Nacional de Instituciones Financieras (2014), Concesiones de Infraestructura deCuarta Generación (4G): Requerimientos de Inversión y Financiamiento Público-Privado.

Consejo Nacional de Política Económica y Social (2013), CONPES 3760, proyectos viales bajoel esquema de asociaciones publico privadas: cuarta generación de concesiones viales.

Popkin, C.L., Campbell, B.J., Hansen, A.R., and Stewart, J.R. (1991). Analysis of the Accuracyof the Existing KABCO Injury Scale. Chapel Hill, NC: University of North Carolina HighwaySafety Research Center.

Transportation Research Board of the National Academic of Sciences, Highway CapacityManual 2010. Chapter 14, Multiline highways.


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Zegger, J. D., M. A. Vandehey, M. Blogg, K. Nguyen, and M. Ereti. NCHRP Report 599: Default Values for Highway Capacity and Level of Service Analyses. Transportation ResearchBoard of the Nacional Academies, Washington, D.C., 2008.

Documents

Analisis tecnico economico del ancho de carril en vías doble calzada en Colombia