Manual Colombiano C y NS en Carreteras de Dos Carriles (1996)

REPBLICA DE COLOMBIA

MINISTERIO DE TRANSPORTE Instituto Nacional de Vas

UNIVERSIDAD DEL CAUCA Instituto de Estudios de

Posgrado en Ingeniera Civil

MANUAL DE CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO PARA CARRETERAS DE DOS CARRILES

- SEGUNDA VERSIN -

POPAYAN 1996

PERSONAS E INSTITUCIONES PARTICIPANTES EN LA PRIMERA VERSIN

Este Manual es el resultado de un esfuerzo conjunto de personas, instituciones educativas y del gobierno. El contenido ha sido revisado por profesionales del Ministerio de Obras Pblicas y Transporte, la Asociacin de Ingenieros Consultores y la Sociedad Colombiana de Ingenieros. Su preparacin se desarroll como tema de investigacin dentro del programa de Maestra en Ingeniera de Trnsito y Transporte, en la Universidad del Cauca a travs del Instituto de Postgrado en Vas e Ingeniera Civil y con el apoyo del MOPT. Esta publicacin responde a la necesidad de que Colombia cuente con un instrumento para evaluar el funcionamiento de las carreteras de dos carriles.

PRINCIPAL INVESTIGADOR : Dr. Guido Radelat Eges

COAUTORES : Flor Angela Cerquera Escobar Mara Consuelo Lopez Archila

REDACCIN Y VERIFICACIN : Ciro Alberto Pabn Garca

LABORES DE IMPLEMENTACIN Y VERIFICACIN:

Werner Calixto Cuartas J. - Distrito de OO.PP. No.1 Henry Milln Garca - Distrito de OO.PP. No.18 Arturo Montenegro C. - Distrito de OO.PP. No.14 Pedro de Jess Morn - Distrito de OO.PP. No.3 Blas Uriel Paez - Distrito de OO.PP. No.6 Oscar Ruales Morillo - Distrito de OO.PP. No.23

APOYO INSTITUCIONAL:

Beatriz Fernandez Meja -Jefe Oficina de Planeacin del Ministerio de Obras Otoniel Fernandez Ordoez - Rector de la Universidad del Cauca Aldemar Gonzalez Fernandez - Director del Instituto de Vas de la

Universidad del Cauca

Enrique Plata Ulloa Miembro del Consejo Nacional de Obras Pblicas Alfonso Tique Andrade Miembro Consejo Nacional de

Obras Pblicas Maria Zulema Vlez Jara - Asesora del Ministerio de Obras

ESTUDIOS SOPORTE DEL MANUAL:

MORENO, Luis; GUARDELA, Pedro y NIEVES, Jorge. Capacidad y Niveles de servicio en Carreteras Rurales de dos Carriles para Colombia - Fase I, Universidad del Cauca, Popayn 1987.

CERQUERA, Flor Angela y LOPEZ, Mara Consuelo. Capacidad y Niveles de Servicio en Carreteras rurales de dos Carriles para Colombia - Fase II, Universidad del Cauca, Popayn 1990.

HERRERA, Juan Carlos. Efecto de los vehculos pesados en pendientes ascendentes, Universidad del Cauca, Popayn 1991.

AGRADECIMIENTOS especiales a Cesar Alsina Forero, Francisco Cern Nohra Gmez Roa, Jaime Armando Meja, Toms Meneses, Rubn Daro Olarte, Fabio Villamil y Leonardo Ziga.






- SEGUNDA VERSIN -

Convenio Interinstitucional No 1014 de 1995, suscrito entre el Instituto Nacional de Vas y la Universidad del Cauca

FUNCIONARIOS DE LAS ENTIDADES CONTRATANTES

INSTITUTO NACIONAL DE VAS:

Ingeniero Guillermo Gaviria Correa - Director General Ingeniero Hernan Otoniel Fernandez O. - Secretario General Tcnico Abogada Yolanda Pinto de Tapias - Secretaria General

Administrativa Ingeniera Mara Consuelo Lpez Archila - Interventora

UNIVERSIDAD DEL CAUCA:

Abogado Carlos Alberto Collazos M. - Rector Ingeniero Rodrigo Cajiao Valdivieso - Decano Facultad de Ingeniera

Civil Ingeniero Fernando A. Glvis Jimnez - Director Instituto de Posgrado

en

Ingeniera Civil

Popayn, octubre de 1996






- SEGUNDA VERSIN -

Convenio Interinstitucional No 1014 de 1995, suscrito entre el Instituto Nacional de Vas y la Universidad del Cauca

PROFESIONALES RESPONSABLES DE LA INVESTIGACIN:

? ASESOR INTERNACIONAL: Doctor en Ingeniera Guido Radelat Eges.

? UNIVERSIDAD DEL CAUCA: Coordinador General : Ingeniero Leonardo Ziga Caicedo. Investigadores Principales : Ingenieros Carlos Alberto Arboleda, Nelson

Rivas, Jos Fernando Snchez y Efran Solano Investigadores Auxiliares : Ingenieros Luisa Fernanda Avalos, Hugo Daza Secretario : John Fredy Martinez.

? UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA: Ingenieros: Domingo Ernesto Dueas y Sonia Esperanza Daz Marquez.

? UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA: Ingenieros: Luz Yolanda Morales y Diego Eduardo Hoyos.

? PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA: Ingenieros: Jorge Alonso Prieto y Miguel Eduardo Angulo Escrucera.

? UNIVERSIDAD DEL QUINDO: Ingeniero Kleber Enrique Naranjo.

? UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, Sede Medelln: Ingeniero Victor Gabriel Valencia Alaix.

Popayn, octubre de 1996

TABLA DE CONTENIDO

Pg.

PRESENTACION

PARTE 1. DEFINICIONES Y PRINCIPIOS BASICOS 1-1

1.1. DEFINICIONES 1-1 1.1.1. Carretera de dos carriles 1-1 1.1.1.1. Tipos de terreno 1-1 1.1.1.2. Caractersticas de la va 1-2 1.1.1.3. Definicin de tramo y sector 1-3 1.1.2. Capacidad y niveles de servicio 1-4 1.1.2.1. Capacidad 1-4 1.1.2.2. Nivel de servicio y parmetros que lo describen 1-5 1.2. PRINCIPIOS BASICOS DEL MANUAL 1-7 1.2.1. Separacin del clculo de capacidad y nivel de servicio 1-7 1.2.2. La importancia de los factores geomtricos sobre los de trnsito 1-7 1.2.3. Velocidad media de recorrido como medida de efectividad para el nivel de servicio 1-7 1.2.4. Aplicacin de los factores de correccin 1-8 1.2.5. Uso de solamente una curva en la correccin por curvatura 1-8 1.3. IDENTIFICACION DE LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA OPERACION VEHICULAR EN CARRETERAS DE DOS CARRILES 1-9 1.3.1. Caractersticas de operacin fundamentales 1-9 1.3.2. Factores que influyen en la circulacin del trnsito 1-9 1.4. TIPOS DE ANALISIS 1-14

PARTE 2. METODOLOGIA Y SOPORTE TECNICO 2-1

2.1. IDENTIFICACION DE SECTORES CRITICOS Y TIPICOS 2-1 2.2. DATOS DE ENTRADA 2-1

2.2.1. Variables relativas a la va 2-2 2.2.2. Variables relativas al trnsito 2-3 2.3. METODO PARA EL CALCULO DE LA CAPACIDAD 2-5 2.3.1. Descripcin de los factores de ajuste 2-5 2.3.2. Aplicacin de los factores de correccin 2-7 2.4. METODO PARA EL CALCULO DEL NIVEL DE SERVICIO 2-8 2.4.1. Indicador de efectividad 2-8 2.4.2. Descripcin de los factores de ajustes 2-8 2.4.3. Aplicacin de los factores de correccin 2-11 2.5. INVESTIGACIONES DE SOPORTE DEL MANUAL 2-14

PARTE 3. PROCEDIMIENTO DE APLICACIN 3-1

3.1. DETERMINACION DE LOS SECTORES DE ANALISIS 3-1 3.1.1. Sectores crticos 3-1 3.1.2. Sectores tpicos 3-3 3.2. ANALISIS DE SECTORES 3-5 3.2.1. Clculo de la capacidad 3-5 3.2.2. Clculo del nivel de servicio 3-11

PARTE 4. EJEMPLO DE APLICACION 4-1

PARTE 5. GUIA DEL PROGRAMA DE COMPUTADOR CNS97 5-1

5.1. INTRODUCCION 5-1 5.2. INSTALACION DEL PROGRAMA 5-2 5.3. INSTRUCCIONES BASICAS DE MANEJO 5-2 5.3.1. Inicio del programa 5-3 5.3.2. Mdulos del paquete 5-3

BIBLIOGRAFIA

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1. Nivel funcional de la superficie de rodadura 1-15 FIGURA 2. Volumen de la hora pico versus TPDS 2-4 FIGURA 3. Hoja de trabajo N. 1 3-4 FIGURA 4. Hoja de trabajo N. 2 3-14 FIGURA 5. Hoja de trabajo N. 1 - ejemplo 4-7 FIGURA 6. Hoja de trabajo N. 2 - ejemplo 4-8 FIGURA 7. Men principal del programa CNS97 5-2 FIGURA 8. Opciones del men RED_VIAL 5-3 FIGURA 9. Acceso a las bases de datos de configuracin 5-5 FIGURA 10. Informacin requerida 5-6 FIGURA 11. Resultados por sector de anlisis 5-6 FIGURA 12. Opciones del men clculos 5-7 FIGURA 13. Efectuar clculos en una seccin aislada 5-8 FIGURA 14. Men de informes 5-9 FIGURA 15. Formulacin de peticin para informes 5-10 FIGURA 16. Modelo de informe resumido 5-10 FIGURA 17. Modelo de informe detallado 5-11 FIGURA 18. Men salir al D.O.S 5-11

LISTA DE TABLAS

TABLA 1. Factores de correccin a la capacidad por pendiente 3-6 TABLA 2. Factores de correccin a la capacidad por distribucin por sentidos 3-7 TABLA 3. Factores de correccin a la capacidad por efecto combinado

del ancho de carril y berma 3-7 TABLA 4. Factores de correccin a la capacidad por presencia de

vehculos pesados en pendientes ascendentes 3-8 TABLA 5. Factores de pico horario basados en perodos de cinco

minutos suponiendo llegadas de vehculos aleatorias 3-11 TABLA 6. Velocidad media ideal de automviles a flujo libre en

pendientes ascendentes 3-15 TABLA 7. Factores de correccin al nivel de servicio por efecto de la

utilizacin de la capacidad 3-15 TABLA 8. Factores de correccin al nivel de servicio por el estado

de la superficie de rodadura 3-16 TABLA 9. Factores de correccin al nivel de servicio por efecto

combinadodel ancho de carril y berma 3-16 TABLA 10. Factores de correccin al nivel de servicio por la presencia

de vehculos pesados en pendientes ascendentes 3-17 TABLA 11. Factores de correccin por la presencia de vehculos pesados 3-20 TABLA 12. Velocidad mxima que permite la curva ms cerrada del sector 3-21 TABLA 13. Velocidades en km/h que determinan los niveles de servicio

por tipo de terreno 3-21

PRESENTACIN

En Colombia, como en la mayora de los pases latinoamericanos, para analizar la capacidad y los niveles de servicio, se ha venido utilizando la metodologa expuesta en el manual de capacidad norteamericano1, pero debido a las notables diferencias entre las condiciones colombianas y las norteamericanas, desde hace unos aos se vienen adelantando investigaciones para obtener una metodologa propia, lo que llev a la preparacin del Manual Colombiano de Capacidad y Niveles de Servicio para carreteras de dos carriles.

Este manual contiene un procedimiento de anlisis que proporciona informacin y estimaciones sobre el comportamiento operacional de una carretera de dos carriles en Colombia, con base en condiciones conocidas de la va y del trnsito, observadas en un gran nmero de carreteras del pas. Especficamente calcula la capacidad y el nivel de servicio de sectores de ese tipo de vas. Este manual, en su segunda versin, contiene ajustes y mejoras respecto a la primera versin; sin embargo, conserva el enfoque y filosofa del anterior.

Es as como este documento es el resultado de un laborioso trabajo de investigacin que busca proporcionar al ingeniero o planificador un medio para valorar aspectos crticos de las vas. Este procedimiento no debe interpretarse como norma y los resultados que brinda no deben prevalecer sobre el juicio profesional, sino que deben usarse como informacin adicional que sirva de base parcial a ese juicio.

Las aplicaciones que tendr el manual consisten esencialmente en estimar la capacidad y el nivel de servicio de tramos de vas y como parte de anlisis de planeacin, diseo y operaciones. Estas aplicaciones se describen ms adelante.

1TRANSPORTATION RESEARCH BOARD. Highway capacity manual: Special Report 209. Edicin de 1985. Washington, D.C. : TRB, 1985.

Al expresar la capacidad y el nivel de servicio, es esencial determinar las condiciones imperantes de la va y del trnsito. Es bien sabido, que adems de estas condiciones existen otras que tambin afectan la capacidad y el nivel de servicio. Entre esas otras condiciones se encuentran las atmosfricas como son el fro, el calor, la lluvia, los vientos, la niebla, la visibilidad, etc.; sin embargo, debido a que los datos disponibles sobre ellas son limitados, la cuantificacin de su efecto no se tuvo en cuenta en la segunda versin.

Esta segunda versin del manual es posible gracias al inters del Ministerio de Transporte, a travs del Instituto Nacional de Vas, que mediante una accin continua y progresiva de sus directivos ha apoyado esta lnea de investigacin, en procura de dotar al pas de tecnologa apropiada.

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PARTE 1 . 1 DEFINICIONES Y PRINCIPIOS BSICOS

1.1. DEFINICIONES

1.1.1. Carretera de dos carriles. Una carretera de dos carriles puede definirse como la que tiene una calzada con un carril para cada sentido de circulacin.

Estas carreteras representan el mayor kilometraje de la infraestructura vial del pas. Se utilizan para cumplir con una gran variedad de funciones en todas las regiones geogrficas y satisfacen gran parte de las necesidades de acceso a fuentes de recursos econmicos, culturales, recreativos, etc. Comunican ncleos generadores de trnsito proporcionando movilidad que es, en general, aceptable2. Un factor que influye poderosamente en las caractersticas, costo y servicio que proporcionan las carreteras de dos carriles es el tipo de terreno que atraviesan stas.

1.1.1.1. Tipos de terreno. Teniendo en cuenta las condiciones de relieve se consideran cuatro categoras de terreno. Se han tomado en su mayor parte las definiciones propuestas por el ingeniero Rubn Daro Olarte3, para diferenciar los tipos de terreno existentes en el pas:

? Terreno plano. De ordinario tiene pendientes transversales a la va menores a 5 grados. Exige mnimo movimiento de tierras en la construccin de carreteras, y no presenta dificultad ni en su trazado ni en su explanacin, por lo que las pendientes longitudinales de las vas son normalmente menores del 3%.

? Terreno ondulado. Se caracteriza por tener pendientes transversales a la va de 6 a 9 grados. Requiere moderado movimiento de tierras, lo que permite alineamientos ms o menos rectos, sin mayores dificultades en el

2Ibid., p. 270. 3OLARTE R., Rubn. Sistema troncal andino. Bogot: Subdireccin de Proyectos, Divisin de Diseos,

Ministerio de Obras Pblicas. Anexo 3. Marzo 13, 1989, s.p.

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trazado y en la explanacin, as como pendientes longitudinales tpicamente del 3 al 6%.

? Terreno montaoso. Las pendientes transversales a la va suelen ser de 13 a 40 grados. La construccin de carreteras en este terreno supone grandes movimientos de tierras, por lo que presenta dificultades en el trazado y en la explanacin. Pendientes longitudinales de las vas del 6 al 8% son comunes.

? Terreno escarpado. Aqu las pendientes del terreno transversales a la va pasan con frecuencia de 40 grados. Para construir carreteras se necesita mximo movimiento de tierras y existen muchas dificultades para el trazado y la explanacin, pues los alineamientos estn prcticamente definidos por divisorias de aguas, en el recorrido de la va. Por lo tanto, abundan las pendientes longitudinales mayores del 8%.

1.1.1.2. Caractersticas de la va. Las caractersticas de la va son todos aquellos elementos fsicos propios del diseo geomtrico, que tienen influencia directa o indirecta en la capacidad y el nivel de servicio, como los que se mencionan a continuacin:

? Alineamiento horizontal y vertical. En el diseo en planta o alineamiento horizontal, la velocidad de diseo es norma de control para los radios de curvatura, los peraltes y las distancias de visibilidad que determinan la seguridad en el trnsito. Esa velocidad, por razones de economa en la explotacin, debe ser la ms uniforme y alta que permitan las condiciones topogrficas de la zona escogida y los recursos con que se cuente para la construccin.

En el diseo en perfil o alineamiento vertical, la influencia de las pendientes es notable en la restriccin de las velocidades que puedan desarrollar los vehculos, particularmente los de mayor peso.

El criterio general bsico es el de buscar la mayor armona posible entre ellos para lograr un proyecto debidamente equilibrado de caractersticas tales que el conductor normal pueda sin ninguna dificultad mantener una velocidad de operacin que siendo prxima a la velocidad de diseo, le ofrezca ciertas condiciones mnimas de seguridad y de comodidad.

? Calzada. Es la zona de la carretera destinada a la circulacin normal de los vehculos. En carreteras de dos carriles con circulacin en ambos sentidos, el ancho de la calzada est dado por la suma de los anchos de esos dos carriles.

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En el pas existen especificaciones sobre el ancho de carril dependiendo del tipo de carretera; los anchos ms usuales son: 3.65 m, 3.5 m, 3.3 m, 3.0 m y 2.7 m, segn Falla4.

? Berma. Es la parte exterior del camino, destinada a la parada eventual de vehculos, trnsito de peatones, bicicletas, etc., de manera que stos no interfieran con la circulacin normal de los dems vehculos. Tambin proporcionan soporte lateral al pavimento y a veces pueden incrementar el ancho efectivo de la calzada.

Los anchos de bermas ms utilizados en el pas son : 1.8 m, 1.5 m, 1.2 m, 1.0 m y 0.5 m5.

? Obstculos laterales. Todo obstculo lateral tal como muros, rboles, postes, seales, etc., debe situarse a una distancia superior de 1.80 m6 del borde de la calzada para disminuir el riesgo de choques contra ellos y para que no constituyan una obstruccin psicolgica a la circulacin normal de los vehculos, lo cual puede reducir el nivel de servicio y la capacidad de la va.

1.1.1.3. Definicin de tramo y sector. Las carreteras del pas han sido clasificadas mediante un sistema determinado por el antiguo Ministerio de Obras Pblicas7, as:

? Ruta: Es aquella carretera cuya funcin primordial es la integracin de ndole nacional o regional. Se identifica con dos dgitos.

? Tramo (o segmento): Subdivisin de una ruta con longitud no mayor de 150 km numeradas en forma continua. Los puntos de iniciacin y terminacin de cada tramo deben corresponder en lo posible a sitios o poblaciones de importancia. Se identifica con cuatro dgitos de los cuales los dos primeros son los de la ruta a la que pertenece.

Para los fines de este documento se hacen las siguientes definiciones:

4FALLA LOZANO, Jaime. Criterio geomtrico para el diseo de carreteras. Bogot: Ministerio de Obras Pblicas y Transporte, 1970. p.IV-1.

5Ibid, IV-2. 6Ibid, IV-1. 7MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS Y TRANSPORTE. Nomenclatura Vial. Oficina de Programacin de

Carreteras, 1990. 30 p.

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? Sector: Es la parte de un tramo definido para realizar un estudio de capacidad y niveles de servicio. Se identifica con el nmero del tramo y las abscisas inicial y final.

? Sectores crticos: Son aqullos que presentan factores, tales como caractersticas geomtricas deficientes (altas pendientes, radios de curvatura pequeos, carriles y bermas angostas) y mal estado de la superficie de rodadura, que influyen adversamente en las velocidades de los vehculos y por ende en la capacidad de la va. Cuando se presente gran demanda en el tramo, ste sera el primer sector en congestionarse.

? Sectores tpicos: Son los que representan un conjunto medio de condiciones que generalmente se repiten a lo largo de un TRAMO (o segmento) de una va. Sus caractersticas se encuentran dentro de ciertos lmites preestablecidos por el usuario; por ejemplo: pendientes del 3.5 al 4.4 %, carriles de 3.20 a 3.40 m, ancho de berma entre 1.60 y 1.80 m, etc. En los sectores tpicos se estudia como parmetro fundamental el nivel de servicio.

1.1.2. Capacidad y niveles de servicio

1.1.2.1. Capacidad. Se define la capacidad de una carretera de dos carriles como el mximo nmero de vehculos que puede circular, por un punto o tramo uniforme de la va en los dos sentidos, durante cierto perodo de tiempo, en las condiciones imperantes de va y de trnsito. La capacidad se expresa en vehculos por hora, aunque puede medirse en perodos menores de una hora. El valor de la capacidad depende de la duracin del perodo en que se mida.

Este valor de la capacidad definido para "condiciones imperantes" difiere del volumen mximo que puede circular por la va en un momento dado. El volumen mximo posible depende de factores tales como la composicin vehicular, la velocidad de circulacin y las condiciones atmosfricas, que pueden cambiar en cualquier momento. Si el volumen mximo posible disminuye y resulta momentneamente menor que la demanda del trnsito, ocurrir congestin, al no poder pasar por un punto de la va todos los vehculos que llegan a ese punto. En este caso muchos vehculos debern detenerse, formar una cola y ponerse en movimiento nuevamente, circulando con un volumen menor que el volumen que llegaba antes de la detencin, lo que disminuye la velocidad de la corriente vehicular y por ende el volumen mximo posible. Estas circunstancias suelen originar una onda perturbadora de detenciones vehiculares que se propaga corriente arriba hasta que la falta de demanda la disipe. Por consiguiente, es muy peligroso que la demanda de

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trnsito se aproxime a la capacidad de una va. La proximidad a este lmite se mide por la relacin entre el volumen de demanda y la capacidad, relacin que muchos llaman factor de utilizacin de la capacidad.

Pocas son las carreteras de dos carriles en Colombia donde se alcance la capacidad. Mucho antes de llegar a ese extremo, la calidad del servicio que prestan esas vas es tan deficiente que generalmente se buscan y encuentran otras alternativas.

? Clculo de la capacidad. El clculo de la capacidad parte de una capacidad mxima en condiciones ideales, la que disminuye a medida que las condiciones particulares de la va en estudio se apartan de stas. Las condiciones ideales son aqullas en las que no existen restricciones geomtricas, de trnsito ni ambientales.

1.1.2.2. Nivel de servicio y parmetros que lo describen. Se define el nivel de servicio de un sector de una carretera de dos carriles como la calidad del servicio que ofrece esta va a sus usuarios, que se refleja en grado de satisfaccin o contrariedad que experimentan stos al usar la va.

Se establecieron dos medidas de efectividad que reflejan esa calidad de servicio, siendo la principal la velocidad media de los vehculos que transitan por la carretera, y como medida auxiliar la relacin entre el volumen que circula y la capacidad. La velocidad media describe el grado de movilidad, mientras que la relacin volumen/capacidad permite vigilar la proximidad a la congestin.

Se han definido seis niveles para Colombia que van desde el A al F, as:

? Nivel de servicio A. Representa flujo libre en una va cuyas especificaciones geomtricas son adecuadas. Hay libertad para conducir con la velocidad deseada y la facilidad de maniobrar dentro de la corriente vehicular es sumamente alta, al no existir prcticamente interferencia con otros vehculos y contar con condiciones de va que no ofrecen restriccin por estar de acuerdo con la topografa de la zona.

? Nivel de servicio B. Comienzan a aparecer restricciones al flujo libre o las especificaciones geomtricas reducen algo la velocidad. La libertad para conducir con la velocidad deseada y la facilidad de maniobrar dentro de la corriente vehicular se ven disminuidas, al ocurrir ligeras interferencias con otros vehculos o existir condiciones de va que ofrecen pocas restricciones. Para mantener esta velocidad es preciso adelantar con alguna frecuencia

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otros vehculos. El nivel general de libertad y comodidad que tiene el conductor es bueno.

? Nivel de servicio C. Representa condiciones medias cuando el flujo es estable o empiezan a presentarse restricciones de geometra y pendiente. La libertad para conducir con la velocidad deseada dentro de la corriente vehicular se ve afectada al presentarse interferencias tolerables con otros vehculos, deficiencias de la va que son en general aceptables. El nivel general de libertad y comodidad que tiene el conductor es adecuado.

? Nivel de servicio D. El flujo todava es estable y se presentan restricciones de geometra y pendiente. No existe libertad para conducir con la velocidad deseada dentro de la corriente vehicular, al ocurrir interferencias frecuentes con otros vehculos, o existir condiciones de va ms defectuosas. El nivel general de libertad y comodidad que tiene el conductor es deficiente.

? Nivel de servicio E. Representa la circulacin a capacidad cuando las velocidades son bajas pero el trnsito fluye sin interrupciones. En estas condiciones es prcticamente imposible adelantar, por lo que los niveles de libertad y comodidad son muy bajos. La circulacin a capacidad es muy inestable, ya que pequeas perturbaciones al trnsito causan congestin. Aunque se han tomado estas condiciones para definir el nivel E, este nivel tambin se puede alcanzar cuando limitaciones de la va obligan a ir a velocidades similares a la velocidad a capacidad, en condiciones de inseguridad.

? Nivel de servicio F. Representa la circulacin congestionada, cuando el volumen de demanda es superior a la capacidad de la va y se rompe la continuidad del flujo. Cuando eso sucede, las velocidades son inferiores a la velocidad a capacidad y el flujo es muy irregular. Se suelen formar largas colas y las operaciones dentro de stas se caracterizan por constantes paradas y avances cortos. Tambin condiciones sumamente adversas de la va pueden hacer que se alcancen velocidades e irregularidades en el movimiento de los vehculos semejantes a las descritas anteriormente.

Clculo del nivel de servicio. Este se realiza independientemente del estimativo de la capacidad. Al igual que la capacidad, el nivel de servicio se calcula partiendo de una velocidad en condiciones casi ideales, la que se va reduciendo mediante la aplicacin de distintos factores de correccin.

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1.2. PRINCIPIOS BSICOS DEL MANUAL

En este numeral, se incluyen algunos de los principios bsicos tenidos en cuenta en la preparacin del manual de capacidad y niveles de servicio.

1.2.1. Separacin del clculo de capacidad y nivel de servicio. Uno de los cambios ms sobresalientes del manual con respecto al mtodo del captulo 8 del HCM8, es el clculo separado de la capacidad y el nivel de servicio, principio que rige la formulacin del mtodo colombiano.

Los parmetros para el clculo de la capacidad y el nivel de servicio son distintos. Para la capacidad se usa el volumen, cuyo inverso es el intervalo medio; para el nivel de servicio se utiliza la velocidad media de recorrido. El intervalo se compone del paso (que vara proporcionalmente a la velocidad) y la brecha (que es bastante insensitiva a los cambios de velocidad), de manera que las variaciones en la velocidad no producen variaciones proporcionales en el intervalo medio y por ende en el volumen mximo. Por ello se usan factores de correccin diferentes y su clculo se efecta por separado. Sin embargo, esta forma de clculo independiente de la capacidad y el nivel de servicio no significa que no exista relacin entre ellos. El nexo entre ellos se da en el factor de utilizacin de capacidad, factor que se considera en el momento de clculo del nivel de servicio.

Por tanto, la secuencia de clculo debe considerar primero el clculo de la capacidad y en segundo lugar el del nivel de servicio. De esta forma se eliminan algunas imprecisiones que presenta el mtodo del Manual de Capacidad de Estados Unidos.

1.2.2. La importancia de los factores geomtricos sobre los de trnsito. Los factores geomtricos ejercen una gran influencia en los resultados de capacidad y niveles de servicio, y su efecto es generalmente superior a los efectos que ocasionan las variables relacionadas con el trnsito. Esta situacin refleja una realidad colombiana, verificada por muchos de los Administradores de Mantenimiento Vial.

1.2.3. Velocidad media de recorrido como medida de efectividad para el nivel de servicio. No es posible definir el nivel de servicio teniendo en cuenta

8 TRANSPORTATION RESEARCH BOARD. Highway Capacity Manual. Especial Report 209. Edicin

de 1985. Washington, D.C. : T.R.B, 1985.

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todas las variables que lo caracterizan. Para ello, en la prctica, se selecciona uno o dos parmetros que estn relacionados con esas variables y se establecen lmites de los valores de esas variables que demarcan cada nivel de servicio. Observando los datos tomados en las diferentes carreteras del pas se not que la velocidad media de recorrido reflejaba mejor la calidad del servicio que ofrecan las condiciones de la va y las condiciones del trnsito. Por ello se seleccion este parmetro como el indicador de efectividad para los niveles de servicio, teniendo en cuenta adems, que es posible traducirlo a valores monetarios.

En pases donde la va apenas impone limitaciones a la circulacin y el trnsito es intenso, tambin se usa como indicador del nivel de servicio el porcentaje de tiempo en que los vehculos van demorados por otros ms lentos que los preceden. Sin embargo, se ha llegado a la conclusin que la velocidad promedio es el indicador ms adecuado cuando no existen congestiones generalizadas en la red, sino que son los factores geomtricos y de superficie los limitantes principales de la movilidad, como en el caso de Colombia. Se establecieron escalas distintas para cada tipo de terreno, teniendo en cuenta la variacin en la tolerancia del usuario segn la diversidad del relieve.

1.2.4. Aplicacin de los factores de correccin. Para el clculo de la capacidad, la aplicacin de los factores de correccin se realiza en forma simultnea. Por el contrario, la aplicacin de los factores de correccin para el clculo del nivel de servicio se efecta en forma consecutiva. En este caso, en cualquier orden que se realicen las correcciones siempre habr pequeos errores, pero stos son mucho menores que si se aplican todos los factores simultneamente. Se trata de encontrar una secuencia de aplicacin de los factores que introduzcan las menores variaciones.

1.2.5. Uso de solamente una curva en la correccin por curvatura. Uno de los cambios introducidos en la Segunda Versin del Manual es el efecto de la curvatura, en lo relacionado con el clculo de la capacidad. Ya que las velocidades a capacidad son relativamente bajas, poco ms de 40 km/h en condiciones ideales, es difcil que la curvatura disminuya en forma apreciable estas velocidades, y por tanto, su efecto en los intervalos medios, en caso de que se presenten, son bajos. Este resultado simplifica el procedimiento de clculo de la capacidad y permite la aplicacin simultnea de los factores de correccin.

Por el contrario, el efecto de la curvatura en la velocidad, y por consiguiente en el nivel de servicio, se sigue considerando en forma similar a la incluida en la primera versin del manual, pero con factores de correccin basados

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en una extensa base datos colombianos, y no en una frmula de diseo como se hizo originalmente. Para ello, se usa solamente la curva de menor radio del sector estudiado, y cuando la curvatura condiciona la velocidad de los vehculos su efecto se distribuye a lo largo de la seccin que se estudia.

1.3. IDENTIFICACIN DE FACTORES QUE INFLUYEN EN LA OPERACIN VEHICULAR EN CARRETERAS DE DOS CARRILES

1.3.1. Caractersticas de operacin fundamentales. En carreteras de dos carriles, el adelantamiento a vehculos ms lentos requiere de la utilizacin del carril del sentido opuesto. Para poder efectuar esta maniobra con seguridad es preciso disponer de una distancia suficiente en el carril de sentido opuesto libre de vehculos y de una distancia de visibilidad adecuada.

A medida que aumentan los volmenes de trnsito y/o restricciones geomtricas, disminuye la posibilidad de adelantar, lo que da lugar a la formacin de pelotones, al estar obligados los conductores a ajustar su velocidad de recorrido individual para igualarla a la del vehculo ms lento que los preceda.

1.3.2. Factores que influyen en la circulacin del trnsito:

? Efectos de curvatura y peralte. El radio de una curva, su peralte y el coeficiente de friccin entre las llantas de los vehculos y la superficie de rodadura, limitan la velocidad segura a la que la curva se puede recorrer9.

? Efectos de las pendientes. Las pendientes pueden afectar la velocidad de los vehculos de diversas formas.

? Pendientes ascendentes. Para hacer avanzar a un vehculo en rasantes horizontales, la potencia de su motor debe vencer: la resistencia del aire, la que opone el pavimento a la rodadura y las resistencias internas del propio vehculo. Estas resistencias aumentan en distinta proporcin segn aumenta la velocidad del vehculo, por lo tanto, producen el efecto de limitar su velocidad. Sin embargo, en pendientes ascendentes el vehculo tiene otra resistencia que vencer: la componente de su peso, paralela a la superficie, que limita an ms su velocidad. Por consiguiente, la capacidad para desarrollar velocidades cuesta arriba

9AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS. Washington 1994. A Policy on Geometric Design of Highway and Streets., p.153.

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es menor que en el plano horizontal y disminuye con lo empinado de la pendiente.

Por otra parte, cuando un vehculo empieza a subir una pendiente ascendente partiendo de un sector horizontal, de una pendiente descendente, o de una ascendente menos empinada, en virtud de las leyes de la inercia, puede empezar a subir la cuesta a una velocidad mayor de la que la cuesta le permite. Luego, cuando ha recorrido cierta distancia en la pendiente, la energa cintica adicional que llevaba se consume y no podr avanzar a mayor velocidad de la que le permite la pendiente, su potencia y las otras resistencias, que es lo que se llama "velocidad de rgimen".

Por lo tanto, si suponemos constantes los dems factores, la velocidad mxima de un vehculo cuesta arriba est determinada principalmente por: La relacin peso/potencia del vehculo. La inclinacin de la cuesta. La longitud de la cuesta. La velocidad con que inicia el ascenso.

Como los camiones suelen tener mayores relaciones peso/potencia que otros vehculos, el efecto de la pendiente es muy pronunciado en la velocidad de stos.

? Pendientes descendentes. En estas pendientes, la componente del peso paralela a la superficie es una fuerza que favorece su movimiento. All el vehculo puede desarrollar mayores velocidades que en rasantes horizontales o pendientes ascendentes.

Sin embargo, muchas veces los conductores de los vehculos no quieren desarrollar las velocidades mximas que les permiten las pendientes por razones de seguridad. En primer lugar, las curvas y otros elementos de la va los obligan a limitar la velocidad en la misma forma que lo hacen en rasantes horizontales. En segundo lugar, en pendientes descendentes no se tiene control tan completo del vehculo como en sectores planos debido a que la componente paralela a la superficie del peso se suma a la inercia del vehculo mientras que disminuye la componente normal y por lo tanto la fuerza de friccin disponible para frenar, por lo que muchas veces el conductor modera su velocidad cuesta abajo ms de lo que obligan las restricciones de la va. En tercer lugar, si la inclinacin y el largo de la pendiente descendente pueden impulsar el vehculo y hacerle alcanzar velocidades tan altas que se pierda el control del mismo, el conductor preferir efectuar el descenso a velocidades algo menores a la

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mxima posible, para tener un margen de seguridad. Esto se aplica principalmente a los camiones. En pendientes descendentes muy largas e inclinadas, los camiones deben circular con relaciones de cambio bajas, para que la compresin de su motor limite su velocidad, sin que haya que aplicar mucho los frenos. Si stos se aplican excesivamente, pueden recalentarse y perder su efecto, lo que es una condicin muy peligrosa que se trata de evitar. Por lo tanto, en pendientes muy fuertes (generalmente de ms del 8 por ciento) los camiones descienden cautelosamente a una velocidad casi igual a la que las ascienden.

? Efectos de los camiones. Los camiones tienen, en general, mayor tamao y mayor relacin peso/potencia que los dems vehculos, lo que se traduce en las siguientes caractersticas que afectan apreciablemente la circulacin:

Ocupan ms espacio en la va. Aceleran ms lentamente. Desarrollan menores velocidades.

Al ocupar mayor espacio, necesitan mayor tiempo para recorrer su propia longitud, es decir, su paso demora ms, lo que reduce la capacidad de la va. Tambin su mayor longitud limita ms las maniobras de sobrepaso.

La aceleracin ms lenta de los camiones es un impedimento grande al trnsito urbano, pero tiene poco efecto en carreteras de dos carriles.

La menor velocidad de los camiones obliga a los conductores que los siguen a circular a velocidades menores de las que stos desean, especialmente cuando las oportunidades de sobrepaso son pocas. El resultado es que se reduce la velocidad de la corriente vehicular y por ende el nivel de servicio que ofrece la va. Al reducirse esta velocidad tambin aumentan los intervalos entre vehculos, lo que significa que el nmero de vehculos que transita por hora disminuye y merma la capacidad de la va.

Para tener en cuenta el mayor efecto que ejercen los vehculos pesados sobre las caractersticas del trnsito, se acostumbra a usar las llamadas equivalencias en automviles, que son unos ndices que expresan el nmero de automviles que causara el mismo efecto que un vehculo pesado en particular, sobre cierta caracterstica del trnsito. En este manual las equivalencias en automviles estn implcitas en los factores de correccin condensados en las tablas que representan el efecto de los vehculos pesados.

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? Efecto del estado de la superficie de rodadura. El deterioro de la superficie de rodadura afecta el nivel de servicio, la velocidad, comodidad, economa y principalmente a la seguridad.

Actualmente se han aplicado en el pas mtodos ms precisos para hacer la evaluacin funcional de la superficie de una va, que arrojan parmetros estandarizados a nivel internacional, y factores de medida cuantitativa de daos, que reflejan en forma ms objetiva el grado de deterioro.

Para evaluar el efecto del estado de la superficie de rodadura en la circulacin de los vehculos, se utiliza en orden de prioridad y dependiendo de la disponibilidad que de l se tenga, uno de los siguientes parmetros:

1. El valor del IRI (ndice de Rugosidad Internacional). 2. El porcentaje de rea afectada. 3. El nivel funcional.

1. ndice de rugosidad internacional (IRI) utilizando el APL (Analizador del Perfil Longitudinal) que mide las desviaciones en el perfil de la va. El IRI es un indicador del estado de la superficie de rodadura.

2. Porcentaje de rea afectada. Este parmetro es bastante objetivo y relativamente fcil de determinar. Se trata de medir el rea de pavimento deteriorado que deber ser removida en el momento de rehabilitar la va, debido a que afecta la vida til del pavimento, la comodidad y la seguridad del usuario.

3. Calificacin visual del nivel funcional. Tomando la clasificacin del estado de la va propuesta en el documento "Hacia una poltica de vas pavimentadas en Colombia"10, que es la siguiente:

a) Nivel Funcional 5: Va pavimentada en buen estado con calzada adaptada al trnsito, al clima y a la subrasante y zonas laterales que ofrecen seguridad y comodidad al usuario as como proteccin eficaz al pavimento. Es el estado en el que la va ofrece al usuario una superficie duradera y adecuada al volumen total del trnsito. (Ver la figura 1a).

b) Nivel Funcional 4: Va pavimentada con problemas superficiales solamente a nivel de capa de rodadura y con muy pocos defectos en el drenaje y zonas laterales (la capa de rodadura ha sufrido cierto

10MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS Y TRANSPORTE. Hacia una poltica de vas pavimentadas en Colombia. Grupo de Apoyo y Mantenimiento Vial. Bogot, 1982, s.p.

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desgaste y los dispositivos de drenaje han empezado a cargarse de materiales). (Ver la figura 1b).

c) Nivel Funcional 3: Va pavimentada con problemas de deterioro en la calzada caracterizados principalmente por agrietamientos y pequeas deformaciones que afectan la capacidad de soporte de la estructura (daos estructurales facilitados por acumulacin de fallas superficiales). Defectos pequeos o medianos en el drenaje o zonas laterales. (Ver la figura 1c).

d) Nivel Funcional 2: Va pavimentada con mayores problemas de deterioro en la calzada caracterizados por fallas de todo tipo que provocan incomodidad al usuario hasta presentar riesgos para su seguridad. Zonas laterales y drenajes en cualquier estado. Este estado de la va conlleva grandes prdidas de tiempo y altos costos de operacin de los vehculos. (Ver la figura 1d).

Se recomienda utilizar los dos primeros parmetros (el valor del IRI y el porcentaje de rea afectada) que son ms precisos, y reflejan cuantitativamente el estado de la superficie de rodadura.

? Efectos por interaccin vehicular. Con bajos volmenes de trnsito los conductores pueden llegar a circular a la mxima velocidad que permite la va, debido a que la demanda de adelantamiento es baja y el porcentaje de tiempo demorado en tales condiciones es casi nulo. A medida que los volmenes se acercan a la capacidad, crece la demanda de sobrepaso mientras que disminuyen las oportunidades para adelantar por lo que se forman pelotones de vehculos cada vez ms largos y se producen demoras cada vez ms altas.

? Efectos de la distribucin por sentido. La distribucin por sentidos afecta la eficacia con que funciona una carretera de dos carriles. Si esta distribucin es muy desigual, es posible que un sentido de la va se sature y alcance su capacidad mientras que el otro sentido est lejos de saturarse. Es decir, que el volumen (en ambos sentidos) a que ocurre la capacidad est afectado por la distribucin por sentidos del trnsito.

? Zonas de no rebase11. El adelanto consiste generalmente en dos cambios de carril. Primero, el conductor de un vehculo adelantante se aproxima al vehculo (o vehculos) que quiere adelantar (vehculos adelantados), se cerciora de que no venga un tercer vehculo en sentido contrario (vehculo opuesto) en una distancia que considera prudencial,

11RADELAT EGUES, Guido. Manual ingeniera de trnsito. Libro en preparacin.

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pasa al carril izquierdo, sobrepasa al otro vehculo (o vehculos) y luego regresa al carril derecho.

La variable que interviene en el clculo de la capacidad se refiere al porcentaje de longitud de la va donde el conductor no encuentra una distancia prudencial para adelantar, y se denomina, porcentaje de zonas de no rebase en el tramo.

1.4. TIPOS DE ANLISIS

Como regla general, los niveles de servicio de vas se utilizan para realizar anlisis de planeacin, diseo y operaciones. Este manual no es una excepcin a la regla y se puede utilizar para esos tres tipos de anlisis. Sin embargo, es posible que una versin simplificada del manual resulte ms efectiva para trabajos de planeacin.

Uno de los primeros interrogantes que surgen en torno a las aplicaciones del manual es lo relativo a la longitud de la va que debe someterse al anlisis. Tanto la definicin de capacidad como la de nivel de servicio se aplican a un sector de la va. No obstante, si bien parece lgico promediar los niveles de servicio que se van encontrando a lo largo de una va, la capacidad de toda una porcin aislada de la misma est determinada por el punto de menor capacidad de esa porcin; por lo tanto, no tiene sentido promediar capacidades.

En la parte ms poblada de Colombia, debido a las condiciones de relieve predominante, los tipos de terreno que se presentan a lo largo de una carretera entre dos poblaciones varan constantemente; ello obliga a que se definan porciones de va que reflejen estas variaciones.

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2 METODOLOGA Y SOPORTE TCNICO

En este captulo se presentan los componentes bsicos del mtodo de anlisis a aplicar a la carretera en estudio. Se incluyen aqu razones y ecuaciones que explican el modo de proceder del mtodo. En la parte final se hace un breve recuento de los trabajos que han servido de soporte para preparar cada una de las tablas contenidas en el manual.

2.1. IDENTIFICACIN DE SECTORES CRTICOS Y TPICOS

Ante la imposibilidad de analizar todos los sectores de un tramo, se recomienda que este mtodo se aplique solamente a sectores crticos y tpicos. Si se desea estimar la capacidad, el anlisis se aplica a un sector crtico uniforme de la va donde aparentemente sta ofrezca la menor capacidad de un tramo. Si hay que estimar el nivel de servicio, ste se puede aplicar a sectores que no sean uniformes, pero cuyas pendientes sean todas ascendentes en un sentido con discrepancia total en inclinacin menor del 2%. Estos sectores, llamados tpicos deben ser representativos de todo un tramo. En ese caso deben utilizarse en el anlisis las medias ponderadas (por longitud) de las caractersticas del sector o combinacin de sectores analizados

Es preciso advertir que an en los casos en que slo interese estimar el nivel de servicio de sectores tpicos, hay que calcular tambin la capacidad a fin de conocer la utilizacin de la capacidad, que es factor de correccin a la velocidad media de recorrido, parmetro que define el nivel de servicio.

2.2. DATOS DE ENTRADA

Los datos que se deben conocer para obtener la informacin de entrada y posterior aplicacin del mtodo son sencillos y relativamente fciles de obtener a partir de la informacin estadstica que est a disposicin de los ingenieros de vas colombianos. Estos datos son los siguientes: 2.2.1. Variables relativas a la va

? Ancho de carril y ancho de berma. Normalmente la obtencin de estos datos no presenta problemas, pero se debe mencionar que cuando se

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habla de ancho de bermas se trata del ancho de la berma a un solo lado de la calzada, pues se supone una va con bermas iguales a ambos lados. No se ha previsto el caso de una va con bermas a un solo costado.

En el caso de vas tortuosas es importante cerciorarse que en las curvas se tenga el sobreancho necesario. De no ser ste el caso, se recomienda tomar el valor de ancho de corona en la curva ms cerrada, restarle el ancho de bermas y sobreanchos y dividir entre dos para obtener el valor del ancho de carril, pues son frecuentes carreteras de alta montaa con diseos insuficientes en ste sentido y donde las mediciones hechas en alineamientos rectos pueden producir errores.

El efecto del ancho de carril y del ancho de bermas en la capacidad es pequeo, pero puede ser importante en el nivel de servicio.

? Radio de la curva ms cerrada del sector. La informacin relativa a los radios de curvatura en las carreteras nacionales se han inventariado por los administradores viales en los ltimos dos aos.

? Tipo de terreno. Se debe recordar que, aparte de la pendiente longitudinal de la va, la pendiente transversal o pendiente del terreno tambin influye en la determinacin de este dato, con el fin de no confundir un sector horizontal corto que se encuentre en un ascenso fuerte con un terreno plano. Se recomienda en casos como se que se utilice el tipo de terreno que est de acuerdo con la topografa general de la zona y no solamente con la pendiente longitudinal de la va en el sector estudiado.

? Estado de la superficie de rodadura. En caso de requerirse extrapolar este dato hacia el futuro, se deja a criterio del diseador la evaluacin del deterioro del estado de la superficie de rodadura a medida que pasa el tiempo, de acuerdo a los recursos para mantenimiento que se espere recibir. Su influencia sobre la capacidad es poca, en cambio sobre la velocidad es notoria.

? Porcentaje de zonas de no rebase. Esta es una variable algo difcil de medir en el campo, y representa las zonas donde no es prudente realizar operaciones de adelantamiento. Una primera aproximacin para su estimacin es observando la demarcacin horizontal de la va. En la Parte III del manual se proponen valores promedios por tipo de terreno, que pueden ser utilizados en caso de no disponer de informacin ms precisa.

? Puentes. Los datos geomtricos y de superficie de rodadura del tablero de los puentes se utilizan en este manual sin diferenciarlos de los que provienen de la carretera propiamente dicha, aunque es posible que los

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puentes ejerzan un efecto psicolgico ms restrictivo sobre los conductores. Si se trata de puentes estrechos que pueden acomodar dos carriles, sus tableros constituyen de por s sectores crticos que limitan la capacidad y disminuyen el nivel de servicio en proporcin a su longitud. Si son puentes de un solo carril no se pueden analizar por este mtodo.

2.2.2. Variables relativas al trnsito

? Volumen total en ambos sentidos. En Colombia este dato es difcil de obtener. Se han utilizado, con resultados aceptables, los volmenes de hora pico extrados de las libretas de campo de los conteos de una semana de duracin, que realiza el Instituto Nacional de Vas (INV) anualmente en la red nacional, salvo en el caso de que se indique (o se deduzca de una serie de Trnsitos Promedios Diarios o TPDS) que el conteo fue anormal, especialmente en el caso de derrumbes u otras circunstancias que provoquen congestin.

En caso de no disponerse de otra informacin distinta del TPD, se puede usar la figura 2, que se ha obtenido a partir de los conteos semanales del ao 1995 en la red de carreteras del antiguo Ministerio de Obras Pblicas y Transporte (MOPT).

Porcentaje de trnsito cuesta arriba. La precisin en su determinacin puede influir en la exactitud de las conclusiones que se alcanzan al utilizar el manual . En primer lugar, la distribucin asimtrica del trnsito es tpica de las carreteras congestionadas en las entradas a las ciudades (las famosas "operaciones retorno" son un ejemplo), y se debe tener en cuenta que este parmetro influye sobre la capacidad de la va tanto o ms que la pendiente. Por lo tanto su determinacin correcta es la de mayor importancia.

En segundo lugar, es posible que al analizar una carretera, los peores niveles de servicio no correspondan a la situacin de la hora pico. Suele suceder que la operacin en los das laborables est caracterizada por la presencia de vehculos pesados en grandes cantidades (es tpica la cifra de 50% de buses y camiones) con distribuciones por sentido cercanas al 50%, y su influencia sobre la velocidad puede ser mayor que la de los volmenes de fin de semana con gran desequilibrio por sentidos (del orden del 80%) pero compuestos principalmente por automviles. Es por lo tanto conveniente en este tipo de vas analizar ambas situaciones: (1) cuando el volumen de transito es mximo y (2) cuando el nmero de camiones es mximo.

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? Porcentaje de vehculos pesados. Esta informacin se debe obtener tanto para la hora pico como para toda la semana, al igual que en el caso anterior, en aquellas vas que presenten grandes fluctuaciones de ste valor, especialmente en las carreteras en las que existen restricciones al paso de vehculos pesados los fines de semana.

2.3. MTODO PARA EL CALCULO DE LA CAPACIDAD

2.3.1. Descripcin de los factores de ajuste. Con base en observaciones de campo, se considera que la capacidad de una carretera de dos carriles en Colombia, en condiciones ideales, Ci, es de 3200 automviles por hora en ambos sentidos.

Los requisitos que definen las condiciones ideales son los siguientes:

? Reparticin del trnsito por igual en ambos sentidos. ? Terreno plano y rasante horizontal. ? Carriles de no menos de 3.65 metros de ancho. ? Bermas de no menos de 1.80 metros de ancho, con superficie de rodadura

de calidad inferior a la de la calzada y distinta inclinacin. ? Superficie de rodadura en condiciones ptimas. ? Alineamiento recto. ? Ausencia de vehculos pesados. ? Visibilidad adecuada para adelantar. ? Sealizacin horizontal y vertical ptimas.

En el mtodo propuesto, la capacidad para condiciones ideales, Ci, se multiplica por varios factores de correccin, que reflejan el grado en que no se cumplen los requisitos que definen esas condiciones. Los factores transforman esa capacidad ideal en capacidad para las condiciones estudiadas.

Las caractersticas de va y trnsito que tienen en cuenta esos factores de correccin son las siguientes:

? Pendientes. Las pendientes reducen la velocidad de los vehculos con respecto a la velocidad que pueden desarrollar en rasante horizontal. La reduccin se traduce en un aumento en los intervalos entre vehculos que estn en un pelotn y, por ende, en una disminucin de la capacidad. Su efecto se considera en el factor de correccin Fpe de la tabla 1.

? Distribucin del trnsito por sentidos. Una carretera de dos carriles puede saturarse cuando tenga un carril saturado, aunque el volumen de

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trnsito sea muy bajo en el otro carril. Adems, se debe considerar las verdaderas oportunidades de adelantamiento que ofrece el tramo en anlisis, medido por el del porcentaje de zonas de no rebase. El efecto de estas dos variables se considera con el factor de correccin Fd de la tabla 2.

? Anchos de carril y berma utilizable. Los carriles y bermas estrechos, y la ausencia o malas condiciones de stas, restan confianza a los conductores, lo que se traduce en una disminucin de la velocidad a que stos van, un aumento en los intervalos entre sus vehculos, y la consiguiente reduccin de la capacidad de la va. El factor que cuantifica este efecto es el Fcb de la tabla 3.

? Presencia de vehculos pesados. La capacidad se puede definir como el nmero mximo de intervalos entre vehculos que pasan por un punto de una va en una hora. Los vehculos pesados reducen ese nmero de intervalos:

? Porque su paso demora ms debido a su mayor largo y a la menor velocidad que desarrollan.

? Porque retardan el paso de vehculos ms rpidos que los siguen al obligarlos a reducir su velocidad; y

? Porque el aumento del paso de un vehculo produce un incremento del intervalo12.

El efecto de la reduccin en capacidad que causan los vehculos pesados est dado por el factor Fp de la tabla 4.

2.3.2. Aplicacin de los factores de correccin. Para el clculo de la capacidad los factores de correccin se aplican en forma simultnea.

Por tanto, la capacidad en vehculos mixtos por hora, C60, para esas condiciones, suponiendo que no hay variaciones aleatorias del volumen durante esa hora.

12Como el intervalo (espaciamiento en tiempo entre vehculos), es la suma del paso (tiempo que tarda un vehculo en recorrer su propia longitud) y la brecha (separacin en tiempo entre vehculos), que es virtualmente independiente de la velocidad, un aumento del paso causa automticamente un incremento del intervalo.

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Capacidad en vehculos C60 = mixtos/hora sin considerar = 3200 * Fpe * Fd * Fcb * Fp

variaciones aleatorias

? Variaciones aleatorias del volumen de trnsito. Cuando el volumen horario que circula por un sector uniforme de una va se acerca a su capacidad, sin alcanzarla; debido a que existen siempre variaciones aleatorias en la demanda de trnsito, puede suceder que en ciertos momentos la demanda exceda la capacidad y se produzca congestin. Las consecuencias adversas de estas congestiones momentneas suelen prolongarse mucho ms all de los momentos donde hay dficit de capacidad y por ese motivo se trata de evitarlas hasta donde sea posible.

Para tener en cuenta esas variaciones aleatorias del volumen de demanda, en los anlisis de capacidad se puede:

? Utilizar el volumen de demanda horario que corresponda al mximo volumen que ocurra normalmente en una fraccin de la hora o,

? Reducir la capacidad para tener en cuenta ese pico dentro de la hora.

En este mtodo se ha optado por la segunda alternativa.

La fraccin de hora elegida es de cinco minutos y para reducir la capacidad se procede a multiplicar la capacidad horaria por un factor menor que la unidad, que la disminuye en una magnitud igual al aumento aleatorio normal del volumen durante el perodo de cinco minutos de mayor demanda. Este factor es el factor de pico horario FPH, que se debe estimar tomando el valor correspondiente de la tabla 5. Multiplicando la capacidad C60 por FPH se calcula la capacidad C5 en vehculos mixtos (livianos y pesados) por hora, para las condiciones estudiadas, compensando las variaciones aleatorias normales que ocurren durante perodos de cinco minutos.

Capacidad en vehculos C5 = mixtos/hora considerando = C60 * FPH variaciones aleatorias

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2.4. MTODO PARA EL CALCULO DEL NIVEL DE SERVICIO

2.4.1. Indicador de efectividad. El indicador de efectividad principal que se ha escogido para determinar el nivel de servicio es la velocidad media de recorrido de los vehculos que integran la corriente vehicular, que comprende vehculos ligeros y pesados. Otro indicador que se debe observar es el grado de saturacin o utilizacin de la capacidad, que se halla dividiendo el volumen horario de demanda entre la capacidad C5, a fin de conocer si la va est prxima a saturarse o si ya est saturada. No se incluye en el mtodo el porcentaje de tiempo demorado13, pues no se ha establecido su relacin con otros parmetros conocidos, pero este indicador puede ser til para determinar la interferencia del trnsito independientemente de la influencia de la condiciones de la va. Si hay inters en conocerlo, habra que medirlo directamente en vas existentes.

2.4.2. Descripcin de los factores de ajuste. La manera de calcular el nivel de servicio es similar a la empleada para estimar la capacidad: se parte de una velocidad para condiciones casi ideales que se va multiplicando por distintos factores de correccin menores que la unidad, hasta convertirla en la velocidad representativa de las condiciones que se estudian. La velocidad ideal, segn mediciones de campo, es de 90 kilmetros por hora. Los requisitos que caracterizan las condiciones ideales respecto al nivel de servicio son los mismos que los relativos a la capacidad, ms la ausencia de interaccin vehicular.

Las caractersticas de va y trnsito que se tienen en cuenta en el clculo de la velocidad media para las condiciones que se estudian son las siguientes:

? Pendientes. Las pendientes ejercen un efecto directo en el nivel de servicio al influir en la velocidad de los vehculos. Las pendientes ascendentes reducen la velocidad y las descendentes pueden aumentarla o disminuirla, pero generalmente las ascendentes son las crticas y as se consideran en este mtodo. A fin de evitar un paso, la tabla 6 da directamente la velocidad a flujo libre de los automviles para pendientes de distintas longitudes e inclinaciones. Es la velocidad media que se ha observado en Colombia cuando los automviles transitan sin interferencia en vas con caractersticas ideales excepto que su rasante no es siempre horizontal. Puede considerarse que esta velocidad Vi se desarrolla en

13El porcentaje de tiempo demorado en un sector representara el por ciento del tiempo en el sector en que el vehculo promedio no pudiera desarrollar la velocidad que desease su conductor por estar demorado por un vehculo ms lento que lo preceda. Como este valor es muy dificil de observar, se mide en la prctica registrando el porcentaje de vehculos que siguen a otros a intervalos menores de cinco segundos.

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condiciones casi ideales y su determinacin es el punto de partida para el clculo del nivel de servicio.

? Utilizacin de la capacidad. Cualquiera que sean las caractersticas de la va que influyen en la velocidad media de una corriente vehicular, la variedad que existe entre las velocidades a que quieren ir los distintos conductores de vehculos causa interacciones entre ellos. Los conductores ms lentos retardan a los ms rpidos, mientras que los rpidos no obligan a acelerar a los lentos y, por lo tanto, el efecto de las interacciones es reducir la velocidad media de la corriente vehicular.

Cuando los conductores rpidos pueden adelantar a los lentos, el efecto de las interacciones no es tan grande, pero a medida que la va se va saturando, los sobrepasos van siendo ms difciles y la velocidad media va disminuyendo. Adems, parece que conforme aumenta la densidad los conductores van perdiendo confianza y reducen su velocidad. Lo cierto es que la utilizacin de la capacidad, medida por la relacin volumen/capacidad, ejerce un efecto innegable sobre la velocidad de los vehculos. Este efecto est representado por el factor fu de la tabla 7. Como se trata de un factor de correccin al nivel de servicio medio que se brinda durante una hora, la relacin volumen/capacidad se calcula dividiendo el volumen de demanda entre la capacidad C60 sin multiplicarla por el factor de pico horario FPH. Esta relacin es menor que la relacin volumen/C5 que se utiliza para observar la probabilidad de ser superada la capacidad durante un pico de cinco minutos.

? Estado de la superficie de rodadura. La incidencia del estado del pavimento en la velocidad es tambin mayor que en la capacidad, y esta incidencia se acenta conforme aumenta la velocidad, pues a muy bajas velocidades es prcticamente nula. Est representada por el factor de correccin fsr de la tabla 8.

? Anchos de carril y berma. Los efectos de las deficiencias en los anchos de carril y berma se hacen sentir ms en la velocidad que en la capacidad. Por esta razn los factores de correccin fcb de la tabla 9, que tienen en cuenta ese efecto son menores que los correspondientes Fcb de la tabla 2.

? Presencia de vehculos pesados. Estos vehculos desarrollan menores velocidades que los vehculos ligeros y su presencia los retarda. La magnitud de este retardo depende de:

? La velocidad de los automviles a flujo restringido, V1, pues mientras ms rpidamente vayan, mayor ser su retardo;

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? La inclinacin y longitud de la pendiente del sector que se estudia, ya que ambos factores determinan la velocidad de los vehculos pesados;

? El porcentaje de vehculos pesados, porque segn aumenta este porcentaje se eleva la probabilidad de que causen interferencia al resto de los vehculos; y,

? El volumen de trnsito en ambos sentidos, que al aumentar disminuye las oportunidades de sobrepaso e incrementa la longitud de los pelotones detrs de los camiones.

El efecto de los vehculos pesados en el trnsito se tiene en cuenta determinando un factor fp mediante el producto de los factores fp1 y fp2, que aparecen en las Tablas 10 y 11.

? Curvatura. Para tener en cuenta la curvatura hay que comparar la velocidad en tangente, con la mxima velocidad media en el sector que se estudia que permite la curva ms cerrada de ste. Este valor mximo, Vc, aparece en la tabla 12. Si la velocidad en tangente es mayor que Vc es necesario calcular la velocidad media teniendo en cuenta la longitud del sector, procedimiento que se contempla en la Hoja de Trabajo No. 2.

? Determinacin del Nivel de Servicio. Una vez conocido el valor de la velocidad media V, se determina el nivel de servicio de la tabla 13. Esta tabla ofrece una escala separada para cada tipo de terreno y para el nivel de servicio, tiene en cuenta que las exigencias de los conductores disminuyen a medida que la topografa se va haciendo ms abrupta. La tabla refleja con facilidad pequeos cambios en el diseo detallado de un sector. Mediante la mejora de algunas caractersticas de la va (ancho de carril, berma, radio de curvatura, etc.) se puede modificar el nivel de servicio.

2.4.3. Aplicacin de los factores de correccin. Los factores de correccin para el clculo del nivel de servicio se aplican en forma consecutiva. El procedimiento es el siguiente:

? Tomar la velocidad ideal de automviles a flujo libre, Vi, de la tabla 6 conociendo la inclinacin de la pendiente ascendente en estudio y su longitud. Se obtiene la velocidad media de automviles, en condiciones ideales (excepto por pendiente).

? Tomar el factor de correccin por el efecto de la utilizacin de la capacidad fu, de la tabla 7, conociendo la relacin volumen/capacidad. Ambas

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variables son las correspondientes a sesenta minutos. Ese volumen se designa con el smbolo Q.

Factor de utilizacin (v/c) = Q / C60

Multiplicar la velocidad ideal a flujo libre, Vi, por el factor fu, para obtener la velocidad de automviles a flujo restringido, en condiciones ideales (excepto por pendiente).

V1 = Vi * fu

? Tomar el factor de correccin por el estado de la superficie de rodadura, fsr, de la tabla 8 utilizando como velocidad, la primera velocidad a flujo restringido, V1, y el parmetro de estado de superficie de rodadura. Este parmetro se escoge siguiendo un orden de prioridad y dependiendo de la disponibilidad que de l se tenga, as:

1. El valor del IRI. 2. El porcentaje de rea afectada. 3. El Nivel Funcional.

Los dos primeros parmetros son ms precisos, ya que reflejan cuantitativamente el estado de la superficie de rodadura.

? Tomar el factor de correccin por efecto combinado del ancho de carril y berma, fcb, de la tabla 9, conociendo el ancho utilizable de la berma y el del carril.

? Multiplicar la velocidad V1 por el factor fsr y por el factor fcb, para encontrar la velocidad de automviles a flujo restringido para las condiciones que se estudian, V2.

? Tomar el valor inicial del factor de correccin por la presencia de vehculos pesados, fp1, de la tabla 10, conociendo la inclinacin y longitud de la pendiente en estudio y utilizando la velocidad corregida, V1, como velocidad media de automviles.

? Tomar de la tabla 11 el factor de correccin, fp2, conociendo el porcentaje de vehculos pesados y el volumen total en ambos sentidos Q.

Multiplicar entre s los factores fp1 y fp2, para hallar el factor de correccin total por la presencia de vehculos pesados fp. Si este factor resulta ser mayor que la unidad, se debe hacer igual a uno.

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fp = fp1 * fp2 ; si fp > 1 entonces fp = 1

Multiplicar el factor de correccin fp por la velocidad de automviles a flujo restringido V2 para obtener la velocidad del trnsito mixto a flujo restringido, para las condiciones estudiadas y en tangente, V3.

V3 = V2 * fp

? Hallar la velocidad mxima que permite la curva ms cerrada del sector en estudio, Vc, de la tabla 12, conociendo su radio de curvatura.

? Comparar V3 con Vc. Si Vc resulta menor que V3, habr que calcular la velocidad media de recorrido V con la Hoja de Trabajo N. 2. Si Vc resulta mayor o igual que V3 se deja V3 = V.

Si V3 ? Vc , V = V3

Es decir, se compara la velocidad V3 (en tangente) con la velocidad Vc (en curva), si la curva condiciona la velocidad, su efecto se debe ponderar atendiendo el procedimiento contenido en la Hoja de Trabajo N 2, as:

Si V3 > Vc , calcular V siguiendo el procedimiento indicado en la Hoja de Trabajo N 2.

Esta velocidad V, corresponde a la velocidad media del trnsito mixto, a flujo restringido, en condiciones estudiadas, en todo el sector de anlisis.

? Con el valor de la velocidad media V, entrar a la tabla 13 y determinar el nivel de servicio.

? Clculo de la velocidad media cuando la curvatura la limita. Con este clculo se pretende ponderar el efecto de la curva ms cerrada a lo largo del sector estudiado. A partir de las velocidades V3 y Vc se hallan los tiempos necesarios para recorrer las tangentes y la curva y para acelerar y decelerar. Con estos tiempos y la longitud del sector se determina la velocidad promedio V.

Para formular estas expresiones se han utilizado las ecuaciones de la mecnica, adoptando los resultados de tasas de deceleracin y aceleracin obtenidas en numerosas curvas de Colombia Se han definido las siguientes variables14.:

14 PRIETO RODRIGUEZ, Germn Antonio. Efecto de la Curvatura en la Velocidad. Popayn: 1996.

Tesis (Magister en Ingeniera de Vas Terrestres). Universidad del Cauca. Instituto de Estudios de Posgrado en Ingeniera Civil.

1-39

P2 = Punto de la va 130 metros antes del PC. PC = Punto de comienzo de la curva. PM = Punto medio de la curva. PT = Punto de terminacin de la curva. V3 = Velocidad en tangente (Hoja de Trabajo No. 1). VPC = Velocidad en el PC de la curva = 0.96 * V2 VPM = Velocidad en el PM de la curva = 0.92 * V2 VPT = Velocidad en el PT de la curva = 0.93 * V2 d1 = Deceleracin en la seccin P2-PC = - 0.19 m/s d2 = Deceleracin en la seccin PC-PM = - 0.30 m/s a = Aceleracin en la seccin PM-PT = + 0.10 m/s R = Radio de la curva ms cerrada del sector (m) LC = Longitud de la curva ms cerrada del sector (m) Df = ngulo de deflexin expresado en radianes L = Longitud total del sector = Lda + LV3 Lda = Longitud decelerando y acelerando = (130 + LC) LV3 = Longitud con velocidad V3 = 1000 * L - (130 + LC) t3 = Tiempo con velocidad V3 = 3.6 * (L3/V3) tda = Tiempo decelerando y acelerando = td1 + td2 + ta

Donde:

td1 = [- 0.278 V3 + ( 0.077 * V3 - 49.4 ) ] * 2 - 0.19

td2 = - 0.267 V3 + [ 0.071 * V3 - 0.60 * LC ] - 0.30

ta

= - 0.256 V3 + [ 0.065 * V3 + 0.20 * LC ]

0.10

En la Hoja de Trabajo N 2 se presenta la disposicin adecuada para realizar estos clculos.

1-40

2.5. INVESTIGACIONES DE SOPORTE DEL MANUAL

A continuacin se presenta para cada uno de los factores de correccin las investigaciones y procedimientos que han servido de soporte para su inclusin dentro del Manual de Capacidad.

MANUAL DE CAPACIDAD COLOMBIANO FACTORES DE CORRECCIN Y SU SOPORTE

INDICADOR FACTOR SOPORTE

1. CAPACIDAD

Ci = 3200 veh/hora

Fpe = Factor de correccin a la capacidad por pendiente.

Fd = Factor por distribucin por sentidos y zonas de no rebase.

Fcb = Factor por ancho de carril y berma.

Fp = Factor por presencia de vehculos pesados.

FPH = Factor de pico horario.

? Medicin en carreteras colombianas.

? Inferidos de datos colombianos.

? Basados en investigaciones Colombianas

? Tomados del Manual de Capacidad Norteamericano (HCM) y transformados en factores de capacidad.

? Valores calculados con datos colombianos, utilizando utilizando un modelo analtico.

? Factor adicional, calculado analticamente a partir de las distribuciones binomial y poisson.

MANUAL DE CAPACIDAD COLOMBIANO FACTORES DE CORRECCIN Y SU SOPORTE

INDICADOR FACTOR SOPORTE

1. NIVELES DE SERVICIO

Vi = Velocidad media ideal de automviles a flujo libre en pendientes ascendentes.

fu = Factor por efecto de la utilizacin de la capacidad.

fcb = Factor por ancho de carril y berma.

fsr = Factor por estado de la superficie de rodadura.

fp1 - fp2 = Factores por presencia de vehculos pesados.

Vc = Velocidad mxima en curva.

- Velocidades en km/h que determinan los niveles de servicio.

? Valores inferidos de datos de campo colombianos.

? Inferidos de la relacin volumen/velocidad determinada con datos de campo colombianos.

? Tomados del Manual de Capacidad Norteamericano (HCM).

? Factor propio no incluido en el HCM, obtenidos de datos colombianos.

? Obtenidos de datos colombianos. Se utiliz un modelo analtico.

? Factor propio no incluido en el HCM. Los valores se obtuvieron de datos colombianos.

? Definida para las condiciones colombianas.

1-1

3 PROCEDIMIENTO DE APLICACIN

En este captulo se detallan las instrucciones necesarias para llevar a cabo los clculos del anlisis de capacidad y nivel de servicio en un sector de una carretera de dos carriles.

3.1. DETERMINACIN DE LOS SECTORES DE ANLISIS

El procedimiento para identificar los sectores de anlisis donde las caractersticas de la va son uniformes se puede realizar de dos formas:

? En la oficina, consultando planos topogrficos de la carretera en estudio.

? En la va, mediante consultas, inspeccin ocular y toma de datos.

3.1.1. Sectores crticos. Para determinar en la va los sectores crticos de un tramo, se puede proceder de la siguiente manera:

? Labor de oficina

Se realiza en tramos existentes o inexistentes de los cuales se conocen datos sobre sus caractersticas geomtricas y la composicin del trnsito.

Se divide el tramo (o segmento) en subtramos (o subsegmentos), cada uno de los cuales debe cumplir la condicin de estar localizado en un mismo tipo de terreno: plano, ondulado, montaoso o escarpado. Es necesario precisar las abscisas de estas subdivisiones, que pueden coincidir o no con la sectorizacin de la red vial nacional.

Dentro de cada subtramo se organiza en el sentido de abscisado de la va la informacin sobre volumen horario pico, distribucin por sentido, porcentaje de vehculos pesados, pendiente longitudinal, radios de curvatura, ancho de carril y bermas y estado de la superficie de rodadura.

1-2

Se identifican y delimitan por sus abscisas, los cuellos de botella o sectores crticos, donde las caractersticas de la carretera limitan la velocidad. Tambin se deben tener en cuenta las caractersticas del trnsito, aunque normalmente se supone que son constantes a lo largo de un tramo. Estos sectores (que son excluyentes con los sectores tpicos) sirven para estudiar la capacidad. El mtodo de este manual se aplica a cada uno de los sectores as identificados. Aquellos sectores que tengan caractersticas muy similares se pueden agrupar para fines de clculo. Los sectores que tengan menor capacidad o menor nivel de servicio sern los crticos.

? Labor de campo

Se realiza solamente en tramos existentes donde se desee analizar el efecto de cambios en las caractersticas de la va o el trnsito.

Mediante varios recorridos por la va se identifican los sectores que parezcan ofrecer mayores limitaciones a la velocidad de los vehculos que los recorren. La cooperacin de un ingeniero que conozca el tramo es de suma importancia.

Una vez realizada esta identificacin preliminar, la condicin crtica de los sectores se puede identificar midiendo la velocidad a flujo libre en ellos. En estas vas la velocidad a flujo libre se puede determinar as:

a) Detener el vehculo observador en la berma antes del sector a estudiar y, esperar a que pasen todos los vehculos que estn transitando.

b) Arrancar el vehculo cuando la va est despejada.

c) Pedir al conductor del vehculo que comunique cuando vaya a la velocidad deseada y cuando lo exprese, observar el velocmetro anotando el valor correspondiente de la velocidad.

Desde luego hay que calibrar previamente tanto el velocmetro como el conductor. Se acostumbra a calibrar el velocmetro comparando sus lecturas con medidas de la velocidad puntual realizadas simultneamente. El conductor se calibra hacindolo circular por un sector despejado donde transiten otros vehculos y hallando la relacin entre el promedio de las observaciones de su velocidad a flujo libre, en un punto de la va, y el de la de otros conductores. Es aconsejable observar la velocidad de por lo menos 30 conductores distintos y estar seguro que todos ellos transitan sin ningn impedimento cuando se hacen las observaciones.

1-3

Cuando estn plenamente identificados los sectores crticos hay que conocer sus caractersticas geomtricas, no solamente para calcular la velocidad y el nivel de servicio, sino tambin para saber, si las limitaciones a velocidad a flujo libre se deben a causas transitorias (por ejemplo: bermas o pavimentos en mal estado), o a causas ms permanentes (como pendientes y curvas). Tambin es preciso conocer estimativos del volumen de trnsito en los dos sentidos y la composicin vehicular.

3.1.2. Sectores tpicos. Se utilizan para estimar el nivel de servicio medio de un tramo de carretera de dos carriles que se compone de cierto nmero de sectores uniformes.

Una vez definidos los sectores crticos, en lo restante de cada subtramo por procedimiento de campo o de oficina, se selecciona al menos un sector tpico que sea representativo por condiciones de va y trnsito, dentro del cual no se presenten intersecciones con otras vas. Estos sectores tpicos servirn para determinar el nivel de servicio del subtramo.

La longitud total de los sectores estudiados (crticos mas tpicos), debe fluctuar entre 10% y 20% de la longitud total del tramo.

Cuando se use ms de un sector tpico, para determinar el nivel de servicio del subtramo se calcular la velocidad media, ponderada respecto a la longitud.

3.1.3. Diligenciamiento de la Hoja de trabajo N 1. La informacin de entrada y los clculos pertinentes se consignan en la Hoja de Trabajo N. 1, que se muestra en la figura 3. Se debe indicar el tramo y el sector de la carretera en estudio, en un todo de acuerdo con la nomenclatura vial fijada por el Ministerio de Transporte (Resolucin N. 3700 de junio 8 de 1995). A continuacin se debe indicar si se refiere a un sector crtico o tpico, as como, el nombre del tramo, las iniciales o nombre del ingeniero encargado de los clculos y de la persona que revisa los clculos y la fecha respectiva. A continuacin se consignan los datos geomtricos y de trnsito correspondientes al sector de anlisis.

La secuencia y ecuaciones de clculo se dan preimpresas en la hoja de clculo y el analista deber consignar los diferentes factores de ajuste que determinar haciendo uso de las tablas contenidas en el manual.

1-4

CARRETERAS DE DOS CARRILES DETERMINACIN DE CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO

TRAMO:_________ SECTOR:_________ SECTOR: TPICO: ___ NOMBRE:___________________________________ CRTICO: ___ CLCULO REVIS:_________________ FECHA:___________

1. DATOS GEOMTRICOS Y DE TRANSITO

___ m TIPO DE TERRENO (P,O,M,E): ______ PENDIENTE (%): ______ ___ m LONGITUD (km): ______ RADIO DE LA CURVA MAS CERRADA (m): ______ DEFLEXION DE LA CURVA (grados): ______ ___ m

ESTADO SUPERFICIE RODADURA: IRI ___(mm/m) REA AFECTADA ___(%) N.F. ___(1 a 5) VOLUMEN TOTAL EN AMBOS SENTIDOS (Q): _______________ veh/h DISTRIBUCIN POR SENTIDOS (Ascenso/Descenso): ___________ / _________ % COMPOSICIN DEL TRANSITO: A: _______% B: ________% C: _________% B+C: ________% ZONAS DE NO REBASE: __________%

2. CALCULO DE LA CAPACIDAD (C60 y C5)

Fpe x (TABLA 1)

Fd x (TABLA 2)

Fcb x (TABLA 3)

Fp x (TABLA 4)

Ci = (veh/h)

C60 (veh/h)

3.200

C60 x (veh/h)

FPH = (TABLA 5)

C5 (veh/h)

Q C60 = Q/C60 Q C5 = Q/C5

3. CALCULO DEL NIVEL DE SERVICIO

Vi x (TABLA 6)

fu = (TABLA 7)

V1 (km/h)

fsr x (TABLA 8)

fcb x (TABLA 9)

V1 = (km/h)

V2 (km/h)

fp1 x (TABLA 10)

fp2 = (TABLA 11)

fp x

V2 = DE

V3 (km/h)

Vc (km/h) (TABLA 12)

Si fp > 1.00 hacer fp = 1.00 ???? COMPARAR

Si V3 = Vc , V = V3 (DE ) Si V3 > Vc , CALCULAR V CON LA HOJA DE TRABAJO No.2

V (DE )

NIVEL DE SERVICIO (TABLA 13)

BERMA

BERMA

CALZADA

1-5

3.2. ANLISIS DE SECTORES

3.2.1. Clculo de la capacidad. Se toma el valor Ci de la capacidad en condiciones ideales (3200 automviles por hora en ambos sentidos), y se multiplica por varios factores de correccin hasta transformarla en capacidad para las condiciones estudiadas en vehculos de todas clases por hora. El procedimiento a seguir se describe en la Hoja de Trabajo No. 1 (figura 3) y es el siguiente:

Ci = 3.200 automviles/ hora/ambos sentidos

? Registrar los datos de va y trnsito del sector estudiado en la Hoja de Trabajo N 1.

? Tomar el factor de correccin por pendiente Fpe de la tabla 1, conociendo la pendiente correspondiente al sentido ascendente.

? Tomar el factor de correccin por distribucin por sentidos Fd de la tabla 2, conociendo el porcentaje de zonas de no rebase y la distribucin por sentidos. Si no se dispone de informacin relacionada con el porcentaje de zonas de no rebase, se puede utilizar la siguientes indicaciones:

TIPO DE TERRENO PORCENTAJE DE ZONAS DE NO REBASE, %

Plano 0 - 20 Ondulado 20 - 40 Montaoso y escarpado 40 - 100

? Tomar el factor de correccin por ancho de carril y berma, Fcb, de la tabla 3, conociendo el ancho utilizable de la berma y el del carril.

? Tomar el factor de correccin por la presencia de vehculos pesados en pendientes ascendentes, Fp, de la tabla 4, conociendo la pendiente ascendente, su longitud y el porcentaje de vehculos pesados (buses ms camiones).

? Multiplicar el valor de Ci (3200 automviles/hora en ambos sentidos) por los factores anteriores para calcular la capacidad, C60, expresada por el volumen mixto (vehculos livianos y pesados) mximo que pueda circular durante la hora pico sin causar congestin, suponiendo que no hay variaciones aleatorias en ese volumen.

1-6

C60 = 3200 * Fpe * Fd * Fcb * Fp

? Multiplicar C60 por el factor de pico horario, FPH, para obtener la capacidad, C5, expresada por el volumen mixto mximo que debe circular durante la hora pico para que, normalmente, no se produzca congestin durante el perodo de cinco minutos de mayor trnsito de esa hora. El FPH se debe tomar de la tabla 5.

C5 = C60 * FPH

TABLA 1. Factores de correccin a la capacidad por pendiente (Fpe)*

PEND.ASC.

LONGITUD DE LA PENDIENTE (km)

% 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12

1.00 0.99 0.99 0.98 0.98 0.98 0.97 0.96 0.96 0.94 0.92 0.90 0.87

1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.95 0.93 0.92 0.89 0.85 0.81 0.76

1.00 0.99 0.98 0.96 0.95 0.94 0.92 0.91 0.89 0.85 0.81 0.76 0.71

1.00 0.99 0.98 0.96 0.94 0.92 0.91 0.89 0.87 0.83 0.79 0.73 0.68

1.00 0.98 0.97 0.95 0.94 0.92 0.91 0.89 0.86 0.82 0.78 0.72 0.67

1.00 0.98 0.97 0.95 0.94 0.92 0.90 0.87 0.85 0.81 0.77 0.71 0.64

1.00 0.98 0.97 0.95 0.93 0.92 0.90 0.87 0.84 0.80 0.76 0.70 0.64

1.00 0.98 0.97 0.95 0.93 0.92 0.90 0.87 0.84 0.80 0.75 0.69 0.63

1.00 0.98 0.97 0.95 0.93 0.91 0.89 0.86 0.84 0.80 0.75 0.69 0.63

1.00 0.98 0.97 0.95 0.93 0.91 0.89 0.86 0.84 0.80 0.74 0.68 0.61

1.00 0.98 0.97 0.95 0.93 0.91 0.89 0.86 0.83 0.80 0.74 0.68 0.61

1.00 0.98 0.97 0.95 0.93 0.91 0.89 0.86 0.84 0.80 0.74 0.68 0.61

* Inferidos de datos de campo colombianos.

1-7

TABLA 2. Factores de correccin a la capacidad por distribucin por sentidos (Fd)*

DISTRIBUCIN POR PORCENTAJE DE ZONAS DE NO REBASE SENTIDOS

A/D 0 20 40 60 80 100

50/50 60/40 70/30 80/20 90/10 100/00

1.00 0.90 0.82 0.75 0.69 0.64

1.00 0.89 0.80 0.72 0.66 0.61

1.00 0.87 0.78 0.70 0.64 0.58

1.00 0.86 0.76 0.67 0.61 0.56

1.00 0.85 0.74 0.65 0.58 0.53

1.00 0.83 0.71 0.63 0.56 0.50

* Tomados de un Trabajo de grado de Arciniegas y Seplveda15.

TABLA 3. Factores de correccin a la capacidad por efecto combinado del ancho de carril y berma (Fcb)*

ANCHO UTILIZABLE DE LA ANCHO DEL CARRIL (m) BERMA EN METROS 3.65 3.50 3.30 3.00 2.70

1.80 1.50 1.20 1.00 0.50 0.00

1.00 0.99 0.99 0.99 0.98 0.97

0.99 0.99 0.98 0.98 0.97 0.96

0.98 0.98 0.97 0.97 0.96 0.95

0.96 0.95 0.95 0.94 0.93 0.92

0.92 0.91 0.91 0.90 0.89 0.88

* Tomados del HCM16 y transformados en factores de capacidad.

15ARCINIEGAS RUEDA, Ismael Enrique y SEPULVEDA SNCHEZ, Daniel. Estudio sobre el efecto de la distribucin por sentidos en la capacidad para carreteras de dos carriles. Santaf de Bogot. 1994, 300 p : il. Trabajo de grado (ingeniero civil) Pontificia Universidad Javeriana. Facultad de Ingeniera.

16 TRANSPORTATION RESEARCH BOARD. Highway Capacity Manual. Special Report 209. Edicin

de 1985. Washington, D.C.:T.R.B, 1985, p. 8-11.

1-8

TABLA 4. Factores de correccin a la capacidad por la presencia de vehculos pesados en pendientes ascendentes (Fp)*

PENDIENTE ASCENDENTE

EN POR CIENTO

LONGITUD DE LA

PENDIENTE (km)

PORCENTAJE DE VEHCULOS PESADOS

10 20 30 40 50 60

0 TODAS 0.95 0.90 0.87 0.84 0.81 0.78

1

0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 ?5.0

0.95 0.94 0.93 0.92 0.91 0.91 0.90

0.90 0.89 0.88 0.87 0.87 0.87 0.87

0.87 0.86 0.85 0.85 0.84 0.84 0.83

0.84 0.83 0.82 0.82 0.82 0.81 0.81

0.81 0.80 0.80 0.79 0.79 0.78 0.78

0.78 0.77 0.77 0.76 0.76 0.75 0.75

2

0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 ?5.0

0.94 0.93 0.92 0.90 0.88 0.87 0.86

0.90 0.88 0.88 0.86 0.85 0.84 0.83

0.85 0.85 0.84 0.83 0.82 0.81 0.80

0.83 0.82 0.81 0.80 0.79 0.78 0.77

0.80 0.79 0.79 0.78 0.76 0.75 0.74

0.77 0.76 0.76 0.75 0.73 0.72 0.72

3

0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 ?5.0

0.94 0.92 0.89 0.87 0.86 0.85 0.84

0.89 0.87 0.85 0.83 0.82 0.81 0.80

0.84 0.83 0.81 0.80 0.79 0.78 0.78

0.81 0.80 0.78 0.77 0.76 0.75 0.75

0.78 0.77 0.75 0.74 0.73 0.72 0.72

0.75 0.75 0.73 0.71 0.70 0.70 0.69

4

0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 ?5.0

0.93 0.89 0.84 0.83 0.82 0.81 0.80

0.88 0.83 0.81 0.79 0.78 0.77 0.77

0.83 0.80 0.77 0.76 0.75 0.74 0.73

0.80 0.77 0.74 0.73 0.71 0.71 0.70

0.76 0.74 0.72 0.70 0.68 0.68 0.67

0.74 0.71 0.69 0.68 0.66 0.65 0.64

1-9

Continuacin tabla 4.


EN POR CIENTO

LONGITUD DE LA

PENDIENTE (km)


10 20 30 40 50 60

5

0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 ?5.0

0.92 0.85 0.82 0.80 0.79 0.78 0.77

0.86 0.80 0.78 0.77 0.75 0.74 0.74

0.82 0.77 0.75 0.73 0.72 0.71 0.70

0.78 0.74 0.71 0.70 0.69 0.68 0.67

0.75 0.71 0.69 0.67 0.66 0.65 0.64

0.73 0.69 0.65 0.63 0.63 0.62 0.62

6

0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 ?5.0

0.90 0.81 0.79 0.77 0.76 0.75 0.75

0.84 0.77 0.75 0.74 0.72 0.72 0.71

0.79 0.73 0.71 0.70 0.69 0.68 0.67

0.76 0.70 0.68 0.67 0.66 0.65 0.64

0.73 0.67 0.65 0.64 0.63 0.63 0.62

0.70 0.65 0.63 0.62 0.61 0.60 0.59

7

0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 ?5.0

0.89 0.78 0.76 0.74 0.72 0.71 0.71

0.82 0.74 0.72 0.70 0.68 0.67 0.67

0.78 0.71 0.68 0.67 0.67 0.64 0.63

0.74 0.67 0.65 0.63 0.61 0.60 0.60

0.71 0.64 0.62 0.60 0.58 0.57 0.57

0.68 0.61 0.59 0.57 0.56 0.55 0.54

8

0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 ?5.0

0.87 0.76 0.73 0.71 0.69 0.68 0.67

0.81 0.72 0.69 0.67 0.65 0.64 0.63

0.76 0.68 0.65 0.63 0.61 0.60 0.60

0.73 0.65 0.62 0.60 0.58 0.57 0.56

0.70 0.62 0.59 0.57 0.55 0.54 0.53

0.67 0.59 0.56 0.53 0.53 0.52 051

1-10

Continuacin tabla 4.


EN POR CIENTO

LONGITUD DE LA

PENDIENTE (km)


10 20 30 40 50 60

9

0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 ?5.0

0.86 0.74 0.71 0.70 0.68 0.67 0.66

0.79 0.70 0.67 0.66 0.64 0.63 0.62

0.74 0.67 0.64 0.62 0.60 0.59 0.58

0.71 0.64 0.60 0.59 0.57 0.56 0.55

0.68 0.60 0.57 0.56 0.54 0.53 0.52

0.65 0.58 0.55 0.53 0.51 0.50 0.50

10

0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 ?5.0

0.83 0.70 0.68 0.66 0.65 0.64 0.63

0.76 0.66 0.64 0.62 0.61 0.60 0.59

0.72 0.62 0.61 0.58 0.57 0.56 0.55

0.68 0.59 0.58 0.55 0.54 0.53 0.52

0.65 0.56 0.55 0.52 0.51 0.50 0.49

0.59 0.52 0.50 0.48 0.47 0.46 0.45

11

0.5 1.

Manual Colombiano C y NS en Carreteras de Dos Carriles (1996)

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