Cartagena de Indias, 16 de julio de 2013

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1 Cartagena de Indias, 16 de julio de 2013 Señores: COMITÉ EVALUADOR DE PROYECTOS DE GRADO Programa de Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería Universidad de Cartagena E. S. D. Cordial saludo, Por medio de la presente, me dirijo a ustedes para informarles que he dirigido a satisfacción el informe final del trabajo de grado titulado MODELACIÓN DEL TRAFICO VEHICULAR CON EL SOFTWARE PTV VISSIM TRAMO BOMBA EL GALLO- BOMBA EL AMPARO., realizado la estudiante Ketty Fontalvo Arrieta, el cual es presentado a su consideración para que se le hagan todas aquellas sugerencias y recomendaciones que a su juicio consideren pertinentes para el mejoramiento de la calidad académica del mismo. Atentamente, PEDRO GUARDELA DOCENTE ASESOR 1

2 Cartagena de Indias, 16 de julio de 2013 Señores: COMITÉ EVALUADOR DE PROYECTOS DE GRADO Programa de Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería Universidad de Cartagena E. S. D. Cordial saludo, Por medio de la presente, respetuosamente me dirijo a ustedes para hacerles entrega formal del informe final del trabajo de grado titulado MODELACIÓN DEL TRAFICO VEHICULAR CON EL SOFTWARE PTV VISSIM TRAMO BOMBA EL GALLO- BOMBA EL AMPARO, asesorado por el Ingeniero Pedro Guardela, el cual es presentado a su consideración para que se le hagan todas aquellas sugerencias y recomendaciones que a su juicio consideren pertinentes para el mejoramiento de la calidad académica del mismo. Atentamente, KETTY FONTALVO ARRIETA Cód.:

3 MODELACIÓN DEL TRÁNSITO VEHICULAR CON EL SOFTWARE PTV VISSIM TRAMO BOMBA EL GALLO - BOMBA EL AMPARO KETTY FONTALVO ARRIETA UNIVERSIDAD DE CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

4 MODELACIÓN DEL TRÁNSITO VEHICULAR CON EL SOFTWARE PTV VISSIM TRAMO BOMBA EL GALLO- BOMBA EL AMPARO GRUPO DE INVESTIGACIÓN: INVITRA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: TRANSITO KETTY FONTALVO ARRIETA DIRECTOR: ING PEDRO GUÁRDELA VÁSQUEZ MAGISTER EN INGENIERÍA DE TRANSITO Y TRANSPORTE UNIVERSIDAD DE CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

5 NOTA DE ACEPTACIÓN Firma del presidente del Jurado Firma del jurado Firma del jurado Cartagena de Indias, 16 de julio de

6 AGRADECIMIENTOS A Dios por ayudarme a culminar esta etapa de mi vida. A mi madre por ayuda y apoyo siempre. A mi esposo y a mis hijos por su ayuda incondicional. A mi hermana y mis sobrinas por estar siempre conmigo. A mi amiga la ingeniera Lia Zamora por asesorarme en este proyecto. A mi asesor Pedro Guardela por su guía y ayuda. Y a todas aquellas personas que me apoyaron de alguna manera. 6

7 DEDICATORIA A mi madre, a mi esposo y a mis hijos Alejandro y Laura. Gracias por su apoyo 7

8 TABLA DE CONTENIDO Pág. RESUMEN ABSTRACT INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO ESTUDIOS DE TRANSITO Estudios De Volumenes De Transito Estudios De Velocidad DISPOSITIVOS PARA EL CONTROL DEL TRÁNSITO LONGITUDES DE COLAS DE LOS VEHÍCULOS DEMORAS EN TIEMPOS DE VIAJES Demora CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO EN INTERSECCIONES CON SEMAFORO Capacidad En Intersecciones Semaforizadas Niveles De Servicio En Intersecciones Con Semáforos MODELO DE SIMULACION DE TRAFICO Modelo De Microsimulación VISSIM Elementos De Entrada Del Modelo OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN METODOLOGÍA TIPO DE ESTUDIO UBICACIÓN DEL PROYECTO RECOLECCION DE LA INFORMACION

9 4.4 CREACION Y MODELACION DE LA RED VIAL CON EL SOFTWARE PTV VISSIM ANÁLISIS DE RESULTADOS RESULTADOS VOLÚMENES VEHICULARES Volumenes Vehiculares Por Acceso Medicion De Longitudes De Cola ESTUDIO DE VELOCIDAD MODELACIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL Resultado Para Situación Actual MODELACION DE LA SITUACION FUTURA Resultado De La Modelación Futura 5 Años. Implementacion De Las Rutas Transcaribe RESULTADO DE LA MODELACIÓN FUTURA 10, 15 y 20 AÑOS CON TRANSCARIBE ALTERNATIVA DE SOLUCION Resultados De Alternativa De Solucion CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS

10 LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Niveles De Servicio Para Una Intersección Por Demora Tabla 2. Nivel De Servicio Para Una Intersección Por Volúmenes Tabla 3. Volumense vehiculares hora pico intersección El Amparo Tabla 4. Volumenes vehiculares hora pico intersección El Gallo Tabla 5. Accesosur(S) Tabla 6. Acceso noroeste(nw) Tabla 7. Acceso nor este(ne) Tabla 8. Acceso sur oeste(sw) Gallo Tabla 9. Acceso sur( El Amparo) Tabla 10. Acceso sur (retorno) Tabla 11. Longitudes de colas por acceso Bomba El Gallo Tabla 12. Longitudes de colas por acceso Tabla 13. Velocidades para transporte mixto. intersección Bomba El Amparo Tabla 14. Velocidades vehículo mixto. Intersección Bomba El Gallo Tabla 15. Velocidades vehículo moto. intersección Bomba El Gallo Tabla 16. Velocidades vehículo moto. intersección bomba el Gallo Tabla 17. Velocidades vehículo bus. Intersección Bomba el Gallo Tabla 18. Velocidaddes vehículo bus. Intersección Tabla 19. Parametros evaluados por PTV VISSIM Tabla 20. Comparación Longitudes de cola intersección El Gallo Tabla 21. Comparación Longitudes de cola intersección El Amparo Tabla 22. Nivel de servicio por demora Tabla 23. Nivel de servicio por Demora Tabla 24. Nivel de servicio por volumenes.interseccion El Gallo Tabla 25. Nnivel de servicio por volumenes.interseccion El Amparo Tabla 26. Rutas troncales. Parametros operacionales

11 Tabla 27. Rutas pretroncales. Parametros operacionales Tabla 28. Rutas alimentadoras. Parámetros operacionales Tabla 29. Rutas complementarias. Parámetros operacionales Tabla 30. Distribución vehículo mixto para 5 años Tabla 31. Distribución vehículo mixto para 10 años Tabla 32. Distribucion vehículo mixto 15 años Tabla 33. Distribucion vehículo mixto 20 años Tabla 34. Distribucion vehiculos publicos pára situacion futura Tabla 35 Distribución vehículos públicos para situación futura Tabla 36 Demora promedio para situación a 5 años El Amparo Tabla 37. Demora promedio para situación a 5 años El Gallo Tabla 38. Longitud máxima de cola para situación futura Intersección Bomba el Gallo Tabla 39. Longitud máxima de cola para situación futura. Intersección El amparo Tabla 40. Demora para situación a 10 años con Transcaribe. Intersección El Gallo Tabla 41. Demora para situación a 10 años con Transcaribe Intersección El amparo Tabla 42. Demora para situación a 15 años con Transcaribe Intersección El Gallo Tabla 43. Demora para situación a 15 años con Transcaribe Intersección El amparo Tabla 44. Demora para situación a 20 años con Transcaribe intersección El Gallo Tabla 45. Demora para situación a 20 años. Intersección El Amparo Tabla 46. Longitudes de cola 20 años vs alternativa de solución. Intersección El Gallo Tabla 47. Longitudes de cola 20 años vs alternativa de solución. Intersección El Amparo 87 Tabla 48. Niveles de servicio Vs alternativa de solución. Intersección El Gallo Tabla 49. Niveles de servicio Vs Alternativa de solución. Intersección El Amparo Tabla 50. Volúmenes vehiculares a 20 años con la alternativa de solución

12 LISTA DE GRAFICAS Pág. Grafica 1. Longitud de cola (m) Grafica 2. Longitud de cola en metros Grafica 3. Demoras promedio Grafica 4. Demora promedio Grafica 5. Longitud máxima de cola para 5 años Grafica 6. Longitud máxima de cola para 5 años Grafica 7. Longitud máxima de cola para situación futura Grafica 8. Longitud máxima de cola para situación futura con Transcaribe Grafica 9. Longitudes de cola para 20 años vs alternativa de solución Grafica 10. Longitudes de cola para 20 años vs alternativa de solución

13 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Localización del proyecto Figura 2. Rutas de servicio público Transcaribe Pág. 13

14 LISTA DE ILUSTRACIONES Pág. Ilustración 1. Rutas Transcaribe Ilustración 2. Imagen apoyo (background) Ilustración 3. Creación de link y conectores Ilustración 4. Volúmenes vehiculares por acceso Ilustración 5. Rutas de decisión Ilustración 6. Áreas de conflictos Ilustración 7. Programación de los semáforos Ilustración 8. Codificación Movimientos Vehiculares Intersección Bomba el amparo (UNICAT) Ilustración 9. Codificación Movimientos vehiculares intersección Bomba El Gallo Ilustración 10. Longitudes de cola Intersección Bomba El Gallo Ilustración 11. Longitudes de cola Intersección el amparo

15 RESUMEN La insuficiencia de las vías ocasionada por la mala planeación del tráfico y la poca educación vial de los conductores en la ciudad de Cartagena, han generado en algunas vías largas longitudes de colas, accidentes e inseguridad vial. Por ejemplo en la transversal 73 en la intersección bomba el Gallo se presenta congestionamiento vehicular, lo que resulta un problema si para este sector se tiene planeado la implementación del sistema de transporte masivo, Transcaribe, cuya principal terminal de pasajeros está ubicada a unos pocos metros de la intersección. El presente trabajo de grado cuyo objetivo es simular el comportamiento de la vía con el software PTV VISSIM para el estado actual y estado futuro a 5, 10, 15 y 20 años en el tramo bomba el gallo- bomba del amparo, planea analizar posibles alternativas de solución para mejorar el problema de tráfico. Para cumplir este objetivo se buscó información con la empresa Transcaribe y alumbrado público, las cuales nos facilitaron informaciones referentes a las rutas que entraran en dicho sector con Transcaribe y aforos vehiculares, respectivamente. Para la toma de información de campo se realizaron estudios de transito como: estudios de velocidad, demoras y longitudes de cola. Recopilados todos estos datos se procede alimentar al programa y comenzar con la simulación para la situación actual y situación futura mediante las respectivas proyecciones del tránsito para 5, 10,15 y 20 años. El análisis de los datos arrojados por el software referente a longitudes de cola y demoras nos permiten concluir que en las respectivas intersecciones para situaciones futuras a 20 años se presentarán niveles servicios bajos, es por esto que se plantea la alternativa de solución de disminuir en un 90% las motos y para el acceso NW de bomba el Gallo, construir un carril adicional de 3,5 metros. 15

16 ABSTRACT The lack of tracks caused by poor planning of the traffic and the little road education of drivers in the city of Cartagena, have generated in some way long lengths of queues, road accidents and insecurity. For example, in the transverse 73 at the intersection pump the Cock presents traffic congestion, which is a problem if for this sector is planned deployment of the mass transport system, Transcaribe, whose main passenger terminal is located a few meters from the junction. The present work aimed grade simulate the behavior of the road with PTV VISSIM software to the current and future state at 5, 10, 15, 20 years in the stretch pump-pump cock under plans to discuss possible alternatives solution to improve the traffic problem. To achieve this objective, the company sought TRANSCARIBE information and street lighting, which we provided information regarding the routes they entered that sector TRANSCARIBE and vehicular traffic counts, respectively. For taking field data traffic studies were conducted as studies of speed, delays and queue lengths. Collected all these data procede and start feeding the program with the simulation for the current and future situation by respective traffic projections for 5, 10, 15 and 20. The analysis of the data produced by the software regarding queue lengths and delays allow us to conclude that in the respective intersections for future situations will be presented 20 year low service levels, which is why there is the alternative solution to decrease by 90% for motorcycles and pump access the Gallo NW, build an additional lane of 3.5 meters. 16

17 INTRODUCCIÓN La implementación de planes de manejo de tráfico y transporte y el creciente aumento de la demanda vial, generan una serie de inconvenientes en el manejo del tráfico vehicular de las áreas urbanas, es por esto que a nivel mundial se están utilizando programas numéricos utilizados para entre otros aspectos simular los comportamientos de las redes viales y optimizar las condiciones existentes en estas. Uno de estos programas es el VISSIM, que es un micro simulador del tráfico con el que se obtienen muy buenos resultados 1. A nivel nacional se ha utilizado esta herramienta para la elaboración de proyectos que tienen como objetivo mejorar los comportamientos viales. A nivel local, aquí en la ciudad de Cartagena se están construyendo las vías de la avenida Pedro De Heredia para iniciar con el sistema de transporte masivo, TRANSCARIBE, como es un sistema que pretende mejorar la movilidad vial de la ciudad es importante obtener una visualización del entorno vial para ver si se ha mejorado el tránsito vehicular. Este trabajo de grado es de gran importancia puesto que este sector hace parte de la troncal o vía principal en la operación del sistema de transporte masivo TRANSCARIBE, es por esto que se hace necesario que se realice una modelación vial en el tramo comprendido entre la -Bomba El Gallo para evitar posibles incomodidades a la hora de la puesta en marcha del proyecto. El objetivo principal de esta investigación, es analizar el estado actual del tráfico vehicular y el estado futuro para 5, 10, 15, y 20 años en el sector Bomba el Gallo-. El proyecto de grado dará respuesta a la hipótesis de la investigación si mediante la simulación del tránsito vehicular con el software PTV VISSIM, en el sector Bomba el 1 SUÁREZ CASTAÑO, Liliana Andrea Análisis y evaluación operacional de intersecciones urbanas mediante microsimulación. Tesis. Medellín 17

18 Gallo- Bomba el Amparo, es posible generar alternativas de solución que mejoren la operación del tráfico vehicular El software utilizado para la simulación arroja ciertos parámetros y la visualización del entorno, que mediante un análisis detallado mostrara las condiciones que se presenta en el sector que se pretende modelar. El presente trabajo se realizó en la ciudad de Cartagena de indias en la transversal 53 entre las intersecciones (UNICAT) hasta la intersección de la Bomba El Gallo, incluyendo el retorno de las Kra 69. Para comenzar con la investigación se recolectó información secundaria, como fueron tesis de grado y consulta con algunas entidades como TRANSACARIBE y Alumbrado público, principalmente. Para la información primaria se tomaron algunos valores de campo como fueron estudios de tráfico. Dentro de estos estudios tenemos, los aforos que fue la información esencial para cargar al software. Se tomaron las velocidades, los tiempos de demora y las longitudes de cola. Para lograr que el software refleje las condiciones existentes en la ciudad de Cartagena, puesto que este es un software alemán, se calibran ciertos parámetros para el comportamiento del conductor logrando así que el sector estudiado se presente en lo sumo posible a la realidad. Modelada la situación actual y la situación futura se procedió a evaluar los parámetros arrojados por el software. Y a crear una alternativa de solución en dicho programa, para dar una posible solución al problema planteado inicialmente. 18

19 1. MARCO TEÓRICO 1.1 ESTUDIOS DE TRANSITO 2 Para la realización de la modelación del tráfico vehicular para las situaciones actual y futura para 5, 10,15 y 20 años con el software PTV VISSIM fue necesario realizar ciertos estudios de tránsito, además de recolectar información por parte de la empresa TRANSCARIBE, información necesaria para la modelación puesto que el área de estudio hace parte de la troncal o ruta en la cual se piensa implementar el sistema de transporte masivo. Después de recolectar la información secundaria y de la toma de información de campo se procede a introducir los datos requeridos por el software a utilizar (PTV VISSIM), los datos arrojados por el software referentes a demoras, longitudes de cola por cada acceso no suministra la información que se requiere para conocer los niveles de servicio con que trabajan las dos intersecciones, por lo que utilizamos el manual "Highway Capacity Sofware (HCS2000), que establece el Nivel de Servicio de una intersección en función de las demoras que nos arroja el software. Para la realización del presente trabajo se realizan ciertos estudios de tránsito, como son: Estudios De Volúmenes De Tránsito. Los estudios de volúmenes de transito se realizan siempre que se desea conocer el número de vehículos que pasan por un punto dado. Estos estudios varían desde los muy amplios en un sistema de caminos hasta recuentos en lugares específicos tales como túneles, puentes o intersecciones con semáforos. Las razones para efectuar estos recuentos son tan variables como los lugares en donde se realizan, por ejemplo, los aforos se realizan para determinar la composición y los volúmenes del tránsito 2 Manual de estudios de ingeniería de tránsito. México. Representaciones y servicios de ingeniería S. A. 3ra ed. Pág

20 Métodos de aforos. En un sistema de carretera; para determinar el número de vehículos que viaja en cierta zona o a través de ella; para evaluar índices de accidentes; como datos útiles la planeación de rutas; para proyectar sistemas de control de tránsito; para determinar el transito futuro y muchas otras aplicaciones. Para la realización de los aforos se usó el método manual. Estos aforos ya se habían realizado por parte de la empresa concesión de alumbrado público. La fecha de los aforos corresponde al día 27 de marzo Método manual. El recuento manual es un método para obtener datos de volúmenes de tránsito a través del uso de personal de campo conocidos como aforadores de tránsito Los aforos manuales son usados cuando la información deseada no puede ser obtenida mediante el uso de dispositivos mecánicos. El método manual permite la clasificación de vehículos por tamaños, tipo, número de ocupante y otras características. Registro de movimientos de vuelta y otros movimientos tanto vehiculares como de peatones. Los recuentos manuales son usados frecuentemente para comprobar la exactitud de los contadores mecánicos. El personal de campo a registra los datos en forma de campo para un aforo en particular. Cuando dos personas lleven a cabo el aforo de volúmenes en una intersección simple, de cuatro ramas con sentido de circulación doble, deberán estar colocados diagonalmente, en esquinas opuestas. Cada observador deberá contar los vehículos que entran desde los accesos. Generalmente una persona puede atender dos accesos cuando el transito es de orden mediano. Sin embargo cuando el transito es elevado puede necesitarse un observador por cada acceso o, en casos extremos varios observadores por acceso. Entre las ventajas de los recuentos manuales están su mayor exactitud que pueden ser obtenidas mayor observación y que el trabajo de gabinete se simplifica generalmente. Sin embargo, es más caro obtener los datos en esta forma que a través del uso de equipos para recuentos automáticos. Por lo tanto, los recuentos manuales están generalmente limitados para periodos cortos o en lugares donde esta forma es la única para poder realizarlos. 20

21 1.1.2 Estudios De Velocidad. El estudio de lasa velocidades de los vehículos de motor puede ser tratado en dos categorías generales. Estudio de velocidad de punto y estudios de tiempo de recorrido. Los estudios de velocidad de punto tienen por objeto medir la distribución de velocidades de los vehículos en un tramo de camino de longitud relativamente corta. Los resultados se expresan normalmente como velocidades promedio. Estudios de tiempos de recorrido.los estudios de tiempos de recorrido pueden ser clasificados a su vez, en dos distintos sistemas de estudio. Particularmente efectivo para registrar el tiempo de recorrido en una corriente de transito que no incluye a gran número de vehículos que den vuelta o que salgan del camino. Su El primero, el método es función es determinar la velocidad promedio sobre toda la ruta. El segundo sistema, estudio de tiempo de recorrido, el método del vehículo de prueba, es aquel en el cual la ubicación y duración de cada demora puede ser registrada y cronometrada. Donde hacer el estudio. Virtualmente cualquier tramo de camino o calle se presta para realizar un estudio de tiempo de tiempo de recorrido, si el tramo estudiado es de longitud apreciable. Personal y equipo. Cada método de estudio tiene requerimientos variados en el personal empleado. A menos que se use equipo especial, solo serán necesarios cronómetros, formas de campo y lápices. Horas de duración del estudio. El tiempo y la duración son determinados de acuerdo con la aplicación deseada. Si se usa en combinación con el estudio de congestionamiento naturalmente deberá hacerse durante el periodo de congestionamiento. Si es usado como un estudio de planificación, las observaciones sobre la ruta deberán hacerse como sigue: 1 hora entre las 7:00 y las 9:00 horas. 1 hora entre las 10:00 y las 14:00 horas. 21

22 1 hora entre las 16:00 y las 18:00 horas. Lo anterior es con objeto de coger una medida del máximo flujo en la mañana, del flujo del mediodía de la demanda máxima, del flujo máximo en la tarde y del flujo de la tarde fuera del máximo. Estas observaciones deben hacerse bajo condiciones normales de tránsito y del tiempo. Método de estudio. El estudio de tiempo de recorrido para determinar únicamente la velocidad promedio del movimiento normalmente se efectúa con cualquier de los siguientes métodos: Método de las placas o método del vehículo de prueba. Método del vehículo de prueba. El Método del vehículo de prueba para obtener tiempo de recorrido, velocidad a lo largo de una ruta, congestionamiento de una ruta o datos sobre velocidades o retardos, es probablemente el método más flexible o adaptable y uno de los que se usan más ampliamente. El estudio es realizado por dos personas un anotador y el conductor del vehículo. El procedimiento requiere que el conductor controle la velocidad del vehículo, sea que este se mantenga flotando en el tránsito (en este caso el vehículo rebasa tantos vehículos como vehículos rebasan al vehículo de prueba) o, que conduzca el vehículo a lo largo de la ruta conservando la velocidad promedio del resto de los vehículos. En este caso el operador no debe intentar rebasar tantos vehículos como los que rebasan al vehículo de prueba como en la técnica del vehículo flotante. Equipos.el equipo requerido para el estudio con el vehículo de prueba incluye: 1. Uno o varios automóviles de prueba. 2. Hojas de campo y de resumen 3. Uno o más cronómetros, dependiendo de los datos por recopilar. Se puede usar como equipo adicional una grabadora. 22

23 Horas de estudio. La hora del estudio depende de los datos que se requieran. Los estudios de velocidad de retardo o estudios de congestionamientos en rutas principales, usualmente incluyen la determinación de la hora de máxima demanda, así como los tiempos de recorrido y velocidades en horas fuera de la de máxima demanda. Los periodos de transito máximo (normalmente 7:00-8:15 h y 16:00-17:30) deben determinarse de aforos del tránsito, antes de que los estudios de tiempo de recorrido se hayan iniciado. Es importante hacer pruebas durante los periodos de máxima demanda en los que se registran los mayores flujos. Método. El anotador deberá indicar al conductor que lo lleve a un punto localizado un poco antes del extremo del tramo. El vehículo es detenido mientras el anotador escribe los datos en la hoja de campo, relativos a la hora al comenzar, la ubicación y kilometraje. Antes de que se inicien los recorridos de prueba el anotador debe elegir puntos adecuados en todas aquellas intersecciones donde se vallan a tomar lecturas. Debe determinar también el comienzo y fin del tramo de manera que el vehículo pase por estos puntos a velocidad normal. 1.2 DISPOSITIVOS PARA EL CONTROL DEL TRÁNSITO 3 Se denominan dispositivos para el control de tránsito a las señales, marcas, semáforos y cualquier otro dispositivo, que se coloca sobre o adyacente a las calles y carreteras por la autoridad pública para prevenir, regular, y guiar a los usuarios de las mismas Semáforos. Son dispositivos eléctricos que tienen como función ordenar y regular el tránsito de vehículos y peatones en calles y carreteras por medio de luces generalmente rojas, amarillo y verde, operados por una unidad de control. Los diferentes tipos de semáforos que hay son vehiculares, peatonales y especiales. 3 CAL Y MAYOR. Ingeniería de Transito 23

24 Distribución De Los Tiempos De Semáforos. Reparto De Tiempos Verdes. Independientemente de lo que resulte de los cálculos, la duración del ciclo tiene que estar forzosamente comprendida entre los límites que fija la psicología del conductor. La práctica indica que ciclos menores de 35 segundos o mayores de 120 se acomodan difícilmente a la mentalidad del usuario de la vía pública. Duración Del Tiempo Amarillo. En gran parte de los casos, la proximidad entre intersecciones obliga a que se adopte una misma duración de ciclo. Cuando las distancias entre intersecciones son grandes, es posible elegir ciclos distintos, pues se produce una dispersión de los vehículos que circulaban agrupados. La utilización de la luz amarilla entre la verde y la roja se debe a que no es posible detener instantáneamente un vehículo. Su finalidad es avisar al conductor que va a aparecer la luz roja y que, por tanto, debe decidir si tiene tiempo para pasar antes que se encienda o si, por el contrario, no lo tiene y ha de frenar. En muchos tratados de ingeniería de tráfico, se hace el cálculo de la duración del amarillo basándose en los dos supuestos siguientes: El tiempo de amarillo será igual o superior al requerido para frenar antes de la línea de detención. Si se ha entrado en la intersección, dará tiempo a atravesarla antes de que se encienda la luz roja. Para que en todo momento se cumplan ambos supuestos habrá de tomar siempre el mayor de los valores que resulte de calcular el tiempo de amarillo con ambos criterios. A pesar de que los criterios antes indicados parecen muy razonables, como con la aplicación de algunas fórmulas se llega generalmente a tiempos de amarillo muy largos, la mayoría de los autores recomiendan reducirlo a 3 o 4 segundos, ya que la práctica indica que los valores 24

25 teóricos generalmente obtenidos son menos eficaces que los más reducidos aconsejados por la experiencia. La duración del amarillo, es un factor que hay que tener en cuenta, pues en los ciclos cortos puede llegar a representar un porcentaje apreciable del tiempo total. Con un tiempo amarillo de 3 segundos y un ciclo de 30, el semáforo está el 10 % del tiempo amarillo, mientras que si el ciclo es de 90 segundos sólo lo está el 3,3% LONGITUDES DE COLAS DE LOS VEHÍCULOS La longitud de cola de los vehículos se determina basadas en la teoría de las colas las que consiste en Utilizar la estadística y ciertas asunciones sobre el proceso de servicio. Permite estimar, a partir de las tasas de llegada de los clientes (ya sean vehículos o personas) y de la velocidad de atención de cada canal de servicio, la longitud de cola y el tiempo promedio de atención. La tasa de llegada de los clientes debe analizarse para conocer, no solamente su intensidad en número de clientes por hora, sino su distribución en el tiempo. Se ha hallado, experimentalmente que la distribución de Poisson y las distribuciones geométricas reflejan bien la llegada aleatoria de clientes y la llegada de clientes agrupados, respectivamente. Se utiliza principalmente para la estimación de número de casetas de peaje, surtidores en estaciones de combustible, puestos de atención en puertos y aeropuertos y número de cajeros o líneas de atención al cliente requeridas en un establecimiento. La teoría de colas se basa en procesos estocásticos CAL Y MAYOR. Ingeniería de Transito 5 TIMANA, Jorge. Master en ingeniería de transporte. Introducción a la teoría de colas. Universidad de Perú 25

26 1.4 DEMORAS EN TIEMPOS DE VIAJES Demoras, es el tiempo perdido en un viaje que un vehículo realiza de un punto a otro debido a la concentración del tráfico. Puede ser por Congestión o por Intersección. Las demoras estacionarias resultan de la diferencia entre la velocidad de viaje y la velocidad de recorrido. La demora por congestión reduce la velocidad de recorrido por debajo de un nivel razonable. Los dos tipos de demora representan un tiempo gastado o no productivo, y esto puede ser convertido a valor monetario, el cual demostrará el costo hacia la comunidad por efectos de una vía inadecuada. Demoras por Congestionamiento. Es el tiempo adicional por los vehículos cuando viajan bajo la velocidad crítica velocidad razonable. Se produce por vehículos estacionados, carriles muy angostos, altos volúmenes de tráfico. Demoras por Intersección. Es producido por las demoras causadas por todas las aproximaciones a una intersección dada, frecuentemente se miden estas demoras para evaluar ciertos efectos como: Diseño Geométrico de ciertas intersecciones, y tipos de control. Velocidad crítica, involucra un grado de arbitrariedad, por ello debe ser tomado con una aproximación consistente a cada situación. Es conveniente pensar en términos de: Demoras de colas, Implica el tiempo empleado en la cola de las aproximaciones a las intersecciones Demoras. El trabajar con las velocidades instantáneas o locales no suele ser útil, por lo cual es preferible trabajar con tiempos de recorrido. Se entiende por tiempo de recorrido, el tiempo empleado por un vehículo en desplazarse entre dos puntos fijos separados una cierta longitud. La velocidad de recorrido será la relación entre la longitud del viaje y el tiempo de recorrido. 26

27 Velocidades Medias En Tiempo Y Espacio.Cuando se miden los tiempos empleados por cada vehículo en recorrer una cierta longitud, hallando luego la media de las velocidades individuales, se obtienen velocidades medias en el tiempo (velocidad media local). Si por el contrario, se obtiene primero la media de los tiempos empleados por cada vehículo y la velocidad se halla dividiendo la longitud recorrida por este tiempo medio, se obtiene la velocidad media en el espacio. La primera es realmente un valor medio de velocidades: la segunda, un valor medio de tiempos de recorrido. Es interesante tener esto en cuenta en los estudios de tráfico, para seguir siempre uno de los dos procedimientos, aunque cualquiera de ellos puede utilizarse, siempre que se mantenga a lo largo de un mismo estudio. La ventaja de operar con tiempos, es que los tiempos pueden sumarse directamente y las velocidades no, lo que hace que en estudios urbanos sea generalmente más cómodo trabajar con tiempos que con velocidades. En cambio, las medias obtenidas con velocidades son más estables que los tiempos, y como consecuencia de ello, para un mismo grado de fiabilidad basta una muestra más reducida. Definición De Demora. Formas De Obtención.Cuando se mide el tiempo de recorrido conviene distinguir el tiempo de vehículo en movimiento y el tiempo de vehículo parado. La demora es una medida crítica de las prestaciones existentes en vías con circulación discontinua y en accesos a grandes ciudades. La palabra demora puede significar muchas cosas. La demora media por detención es la medida de eficacia principal utilizada en la evaluación del nivel de servicio en las intersecciones semaforizadas. La demora por detención es el tiempo que un vehículo permanece parado en una cola mientras espera su turno para pasar por la intersección. La demora media por detención es la demora por detención total de todos los vehículos de un acceso o de un grupo de carriles durante un tiempo dado dividida entre el volumen total 27

28 que entra en la intersección por el acceso o grupo de carriles durante el mismo período, expresada en segundos por vehículo. 1.5 CAPACIDAD Y NIVELES DE SERVICIO EN INTERSECCIONES CON SEMÁFOROS Capacidad De Intersecciones Con Semáforo. La capacidad de intersecciones con semáforo se define para cada acceso, como la tasa de flujo máxima que puede pasar a través de la intersección bajo condiciones prevalecientes del tránsito, de la calle y del semáforo. Se miden vehículos por hora (vhp) con base en flujos que tienen períodos picos de 15 minutos. Las condiciones prevalecientes del tránsito incluyen los volúmenes por tipo de movimiento (izquierda, recto, derecha), su composición vehicular (automóviles, buses camiones), maniobras de estacionamiento, conflictos peatonales y paradas de autobuses. Las condiciones prevalecientes de la calle describen las características geométricas de los accesos en términos de número y ancho de carriles, pendientes y uso de carriles incluyendo carriles de estacionamiento. Las condiciones prevalecientes del semáforo incluyen la secuencia de fases, asignación de tiempos y el tipo de operación o control. Entonces, para el análisis de la capacidad se debe calcular la relación volumen a capacidad (v / c) para movimientos críticos en carriles simples o grupos de carriles en todo el acceso. La relación se determina dividiendo, para los 15 minutos pico, el flujo actual v del acceso o grupo de carriles de un acceso que carga un conjunto de flujos vehiculares, formado con base en las características geométricas del acceso y en las características de los flujos vehiculares. 28

29 1.5.2 Niveles De Servicio En Intersecciones Con Semáforo. El nivel de servicio de una intersección con semáforo se define a través de las demoras, las cuales representan para el usuario una medida del tiempo perdido de viaje, del consumo de combustible, de la incomodidad y de la frustración. Específicamente, el nivel de servicio se expresa en términos de la demora media por vehículo debida a las detenciones para un período de análisis de 15 minutos. Características de los principales niveles de servicio: NIVEL DE SERVICIO A: Operación con demoras muy bajas, menores de 5 segundos por vehículo. La mayoría de los vehículos llegan durante la fase verde y no se detienen del todo. Longitudes de ciclo corto puede contribuir a demoras mínimas. NIVEL DE SERVICIO B Operación con demoras entre 5.1 y 15 segundos por vehículo. Algunos vehículos comienzan a detenerse. NIVEL DE SERVICIO C Operación con demoras entre 15.1 y 25 segundos por vehículo. La progresión del tránsito es regular y algunos ciclos empiezan a malograrse. NIVEL DE SERVICIO D Operación con demoras entre segundos por vehículo. Las demoras pueden deberse a la mala progresión del tránsito o llegadas en la fase roja, longitudes de ciclo amplias, o relaciones de v /c muy altas. Muchos vehículos se detienen y se hacen más notables los ciclos malogrados. NIVEL DE SERVICIO E Operación con demoras entre 40 y 60 segundos por vehículo. Se considera como el límite aceptable de demoras. Las demoras son causadas por progresiones pobres, ciclos muy largos y relaciones de v/c muy altas. NIVEL DE SERVICIO F Operación con demoras superiores a los 60 segundos por vehículo. Los flujos de llegada exceden la capacidad de la intersección, lo que ocasiona congestionamiento y operación saturada. 29

30 Para evaluar el funcionamiento de las intersecciones afectadas se utilizaron las técnicas del "Highway Capacity Sofware (HCS2000), establece que el Nivel de Servicio de una intersección está dado por la demora promedio que sufren los vehículos en ella. Nivel de Servicio Tabla 1. Niveles De Servicio Para Una Intersección Por Demora Demora Promedio(seg) Nivel de Servicio A < 10 A <10 B B C C D D E E F >50 F >80 Niveles de servicio para una intersección sin semáforo Fuente: HCM 2000 Demora Promedio(seg) Niveles de servicio para una intersección con semáforo Volumen De Servicio Para determinar el nivel de servicio por medio de los volúmenes para las cuatro clases de calles urbanas definidas para la HCM 2000, se utiliza la tabla 2. Esta tabla es útil para las estimaciones de cuantos vehículos en una calle urbana puede llevar a dado nivel de servicio, para una determinada clase y número de carriles (por dirección). Esta tabla contiene valores aproximados, es tomada para propósitos ilustrativos, los valores dependen de los supuestos utilizados, no se debe utilizar para un análisis final. 30

31 Tabla 2. Nivel De Servicio Para Una Intersección Por Volúmenes Fuente. HCM 2000 tabla MODELOS DE SIMULACIÓN DE TRÁNSITO Los diferentes modelos para el tránsito vehicular, están basados en teorías con enfoques microscópicos y macroscópicos. Todos estos modelos están basados en métodos y modelos matemáticos, los cuales representan el comportamiento del flujo. Por esta razón despiertan gran interés aquellos modelos basados en las teorías dinámicas de fluidos y seguimiento de vehículos. El problema que se presenta con este tipo de modelos es el manejo de dos variables espacio y tiempo continuas, por lo que al llevar a simular se debe de alguna manera discretizar. La lógica varía de modelo a modelo y los diferentes escenarios para representar la operación del tránsito. Los modelos pueden tener diferentes clasificaciones las cuales son: clasificación por infraestructura que el modelo puede analizar como aquellos 31

32 para intersecciones, arterias, redes urbanas y autopistas; clasificación basada en el volumen de la incertidumbre que representa; clasificación por tipos de evaluación por intervalo o por evento y la clasificación más frecuente, basada en detalles de simulación. Clasificación de los Modelos. La clasificación da presentar aquí, estará basada en los detalles de simulación, teniendo en cuenta esto, los modelos pueden ser, macroscópicos, microscópicos y mesoscópicos. Modelos Macroscópicos. Los modelos macroscópicos se caracterizan por ser representaciones continuas del flujo de tránsito, se refieren a medidas generales como la relación entre flujo, velocidad, y densidad. Estas características del modelo pierden mucho detalle pero ganan en habilidad para tratar los problemas grandes dentro de tiempos de ejecución cortos. Modelos Mesoscópicos. La metodología de estos modelos consiste en simular pelotones de vehículos como si fueran uno solo, los movimientos de giro, tiempos de entrada y salida son singularmente determinados por el mecanismo simulado. Algunos modelos existentes combinan las características de modelos microscópicos, macroscópicos y mesoscópicos, es el caso del KRONOS, clasificado como modelo macroscópico, pero simula las conductas de cambio de carril y por lo tanto se podría decir que es un modelo mesoscópico. Modelos Microscópicos. Los modelos microscópicos consideran las características de cada vehículo individual, y sus interacciones con otros vehículos en el flujo de tránsito. Por consiguiente, ellos pueden simular las operaciones de tránsito con gran detalle pero normalmente pueden requerir de entradas extensas, y tiempo de ejecución extenso para su aplicación. MODELOS MICROSCÓPICOS DE TRÁFICO VEHICULAR Los modelos microscópicos de tráfico tratan de describir con gran nivel de detalle el comportamiento de los vehículos que circulan a través de la vía, para ello, será necesario 32

33 describir exhaustivamente tanto el entorno de simulación como el modo de comportamiento de los vehículos en distintas situaciones. Los modelos de simulación microscópica de tráfico urbano se basan en modelos de simulación de tiempos discretos combinados con modelos de eventos. Los modelos empleados en este tipo de simulación pueden tener distinta naturaleza, en función de las necesidades de aquellos que se desea simular: Modelos de tiempo discreto. Se aplican para la caracterización del comportamiento en pequeños intervalos de tiempo, tras cada uno de los cuales, los conductores deciden que acción efectuar en función de las situaciones con las que se encuentren. Modelos de eventos. Son empleados para determinar el efecto que ejercen los semáforos, obstáculos y otros sucesos puntuales sobre los conductores que transitan por la vía. Modelos estocásticos: se aplican a todas aquellas situaciones en las que existe cierta aleatoriedad en lo que se puede ocurrir. Son utilizados, por ejemplo, en la generación de nuevos vehículos y en todo aquello que tenga cierta probabilidad de producirse. El desarrollo de todo proceso de simulación está sujeto a un conjunto de etapas, que para el caso de la simulación microscópica de tráfico son las siguientes: 1. Especificar el problema y el objetivo del modelo. El objetivo principal es el desarrollo de un simulador microscópico de tráfico urbano que describa el comportamiento de los conductores mediante modelos de aceleración, cambio de carril y aparcamiento, así como una simulación precisa del comportamiento en el interior de las intersecciones. 2. Especificar aquello que el sistema debe estudiar. Las entidades principales del sistema son los vehículos que pueden ser de diferentes tipos y los objetos que componen la vía (tramos e intersecciones) 33

34 3 Desarrollo del modelo. Debido a que el nivel de precisión usado es elevado, el grado de complejidad para poder cumplir los objetivos es muy alto. Así mismo es necesario desarrollar un sistema de almacenamiento y explotación de resultados estadísticos que recojan con exactitud cada una de las variables que se desean medir en la simulación. a) Calibrar el modelo. la calibración de los modelos aplicados a la simulación es obtenida mediante la experimentación y estudio de modelos. b) Verificación del modelo. Determinar si la ejecución del modelo es acorde a la especificación del diseño. c) Validación del modelo. La validación del modelo se realiza mediante las diversas pruebas parciales y totales que acompañan a cada uno de los modelos de comportamiento de los que dispone tramos. d) Documentación. Finalmente recogemos toda esta información y recapitulamos. REQUERIMIENTOS DE LOS SIMULADORES MICROSCÓPICOS DE TRÁFICO La realidad a representar en un simulador microscópico está reflejada en la vía. Será necesario describir el entorno de simulación con gran exactitud. Para ello es necesario observar la realidad y modelar los componentes que la constituyen y caracterizan. Existen dos tipos diferentes de elementos presentes en estas simulaciones, en función de la naturaleza de los mismos. Por un lado se encuentran los componentes estáticos, que son aquellos que determinan con precisión el escenario que se desea simular y que permanece inalterable a lo largo de la simulación. Por otro lado, se encuentran los componentes dinámicos que determinan las interacciones entre los diferentes elementos. Componentes estáticos. Una vía está compuesta por las calles por donde circulan los vehículos y las intersecciones o cruces de las mismas. Los tramos se descomponen en diferentes carriles que pueden ser de muy distinto tipo como por ejemplo, carril de doble sentido, carril de frenado y carril de desaceleración. 34

35 En el interior de las intersección es se definen giros y movimientos. Los giros representan las posibilidades de desplazamiento de un vehículo que procede de un tramo con destino a otro tramo. Los movimientos representan una desagregación de los giros en la que se incrementa el grado de detalle, identificando las trayectorias que siguen los vehículos al realizar un giro. Otro componente estático de importancia fundamental son las señales de tráfico que influyen en el comportamiento de los vehículos sobre la vía, haciendo que se atengan a determinadas normas. El tipo de conductor que cada uno de los vehículos que circulan por la vía es otro componente estático. Componente dinámico. Se caracteriza porque varía en el tiempo y porque determinan las interrelaciones existentes entre distintos componentes del simulador microscópico de tráfico. El nivel de detalle con el que se definen estos componentes va a determinar la precisión del modelo de simulación. Los componentes dinámicos de mayor importancia van a ser los modelos que reflejen el comportamiento de los vehículos en la vía. Entre estos se encuentran: Modelo de aceleración, modelo de cambio de carril, modelo de selección de ruta, modelo de generación de vehículo, modelo de incidencia. Hay varios modelos de microsimulación, pero para nuestro caso estudiaremos el modelo de microsimulación VISSIM Modelo De Microsimulación Vissim 6. Para el desarrollo del proyecto presentado se utilizó el software PTV VISSIM para modelar la situación actual y futura para 5, 10, 15 y 20 años. Este modelo se desarrolló en los inicios de los años 70 en la Universidad de Karlsruhe en Alemania; para 1973 se inicia la comercialización y distribución por parte de PTV América 6 PTV VISION, traffic mobility logistics. Manual del Vissim Año

36 Inc. En 1995 se aplica en Norte América por primera vez en Eugene. Oregón, y en 1999 se realiza la actualización con el modelo de seguimiento de vehículos en autopista. Definición. Vissim está basado en un modelo de microsimulación que se desarrolló para modelar el tránsito urbano y operaciones del transporte público, este programa puede analizar: configuración de carriles, composición del tránsito, semaforización; señal de PARE, etc. convirtiéndose así en una herramienta útil para la evaluación de varias alternativas basadas en el diseño y la planeación del tránsito y transporte. Aplicación. Los resultados de VISSIM se utilizan en la definición de estrategias en el control de la semaforización para el manejo óptimo de vehículos, también para probar varias disposiciones y asignaciones de cruces complejos, lo mismo que para la ubicación de bahías de autobuses, la viabilidad de paradas complejas, la viabilidad de sitios de peaje, así mismo se encuentra que es para asignar carriles de mezclamiento, entre otros. VISSIM es un simulador multiuso que se dirige al personal técnico responsable del control de la semaforización, operación de tránsito, planificación de ciudades e investigadores que 36

37 requieran evaluar la influencia de tecnologías nuevas de control. El VISSIM es usado para simulación de tránsito y las necesidades del transporte público, esto incluye: Desarrollo, evaluación y ajuste de la lógica de las señales de prioridad. Puede usar varios tipos de lógica de semaforización. Además de la funcionalidad de la construcción de programación de tiempos fijos, hay semaforización accionada por el tránsito idéntica a los paquetes de software de semaforización instalados en el campo. En VISSIM algunos de ellos pueden ser incorporados, algunos se pueden añadir usando agregaciones y otros se pueden simular a través del generador externo del estado de la semaforización (VAP) que permite diseño de la lógica de control definida por la semaforización. Evaluación y optimización (interfaces para signal97/teapac) de la operación del tránsito en una red con combinación de semáforos coordinados y actuados. Evaluar la viabilidad y el impacto de integrar trenes ligeros dentro de la red vial urbana. Es aplicado para el análisis de oscilación de velocidades bajas y áreas de mezclamiento. Permite la comparación fácil de alternativas que incluyen semaforización e desnivel. Análisis de operación y capacidad de estaciones de tren y sistemas de bus. Soluciones de tratamientos especiales para buses (Ej. Colas, longitud, carriles solo para bus) Con la incorporación de un modelo de asignación dinámica, VISSIM puede responder a un cambio de ruta dependiendo de cuestionamientos tales como es el impacto de las señales de mensaje variable o del posible tránsito dentro de los barrios vecinos para la red o para ciudades de tamaño mediano. 37

38 1.6.2 Elementos De Entrada Del Modelo Funciones De Aceleración Y Deceleración. Vissim utiliza distribuciones estocásticas para las funciones de aceleración y deceleración las cuales dependen de la velocidad actual y representan los diferentes comportamientos en la conducción. Para cada tipo de vehículo se asigna dos funciones de aceleración y otras dos para la deceleración; y se representan mediante gráficas. Cada gráfica consiste de tres diferentes curvas que muestran los valores mínimos, medios y máximos de las funciones. Aceleración Técnica: Es la aceleración factible técnica para los vehículos. Es considerada sólo si una aceleración excede la aceleración deseada para mantenerla velocidad en pendientes. (Esta es la aceleración que garantizan las industrias de vehículos) Aceleración deseada: La que el conductor desea. Esta es usada para cualquier otra situación. (Medida de campo). Deceleración Técnica: Es la deceleración factible técnicamente para por los vehículos. Ésta es ajustada a pendientes por cada 1 m/s2 para pendientes positivas y para pendientes negativas en - 1 m/s2. (Esta es la deceleración que garantizan las industrias de vehículos). Deceleración deseada: La que el conductor desea. Si esta es menor que la máxima deceleración técnica, entonces la deceleración deseada es usada como la máxima para la deceleración (Medida de campo). Distribuciones. Algunos parámetros que se manejan en Vissim están representados por medio de distribuciones de naturaleza estocástica, los cuales permiten asemejarse más a las situaciones reales. Los siguientes son parámetros que corresponden a esta naturaleza: 38

39 Distribución de Velocidad: Para cualquier tipo de vehículo, la distribución de la velocidad es un parámetro de gran influencia en la capacidad de las vías. Para alimentar el programa se debe tener en cuenta la velocidad deseada para cada tipo de vehículo, la cual se define, como la velocidad a la que un conductor desea viajar a flujo libre la cual puede tener pequeñas variaciones llamadas oscilaciones. Distribución de Color: Está distribución es sólo necesaria para la visualización de las gráficas, y no es un parámetro que afecte los resultados de la modelación. Distribución de Modelo de Vehículos: Está distribución modela los diferentes tipos de vehículos que se pueden encontrar en una red de acuerdo a las características de sus dimensiones, (longitud, distancia al eje frontal, al eje trasero, 40etc.). Además se puede definir el porcentaje que cada tipo de vehículos conforma en su clase. Distribución de Tiempos de Demora: Estas distribuciones son usadas en Vissim para simular: parqueo, señales de pare, conteo en peajes, paradas de buses. Se puede ingresar mediante dos formas: Distribución Normal: Con una media y una desviación estándar. Distribución Empírica: Se definirá por medio de una gráfica similar a las distribuciones de velocidades donde se hallará un valor máximo y un mínimo y con puntos intermedios con los que se construirá la gráfica. Tipos de Vehículos. Se le denomina tipo a un grupo de vehículos con características técnicas y comportamiento de conducción similar, por defecto el Vissim presenta los siguientes tipos: autos, camiones, bus, bus articulado, trenes, bicicletas y peatones. Clases de Vehículos. En este ítem se puede agrupar diferentes tipos de vehículos (creados previamente) que contengan ciertas características similares, para efectos de la investigación se dejarán establecidas las mismas clases que el programa trae por defecto 39

40 las cuales son: Livianos, pesados, buses, trenes, peatones y bicicletas, además de crear la moto, ya que este vehículo representa un porcentaje considerable en la composición vehicular de la ciudad de Cartagena y hay que incluir los buses articulados, patrones y alimentadores, que harán parte del nuevo sistema de transporte masivo en esta ciudad. Comportamiento de Conducción. El comportamiento de los conductores se refleja en diferentes variables las cuales pueden ser: velocidades, distancias de seguridad, brechas, tiempos de reacción e inclusive dependen de las características físicas de los vehículos y del tipo de conductor (anciano, joven, mujer, etc.). En Vissim se modela el comportamiento del conductor en cuatro fases las cuales son: 1. Seguimiento de Vehículo. 2. Cambio de Carril. 3. Movimiento lateral. 4. Control por semaforización. Cada una de estas fases está compuesta por diferentes parámetros los cuales afectan directamente la interacción de los vehículos y por lo tanto pueden causar diferencias substanciales en los resultados de la simulación. El Vissim asigna un comportamiento de conducción a cada arco por medio del tipo de arco, por lo tanto existe para cada clase de vehículo diferentes parámetros de comportamiento de conducción. Calibración del modelo al ambiente local. Distribuciones estocásticas de velocidad y umbrales de espacio, replican características individuales de comportamiento del conductor. El modelo se debe calibrar a través de mediciones de campo periódicas y la actualización constante de los parámetros del modelo, para asegurar que se tengan en cuenta modificaciones tanto en el comportamiento de los conductores como mejoras de vehículos El simulador de tráfico de VISSIM no solo habilita a los conductores para que consideren varios vehículos precedentes en calzadas con múltiples carriles, sino también aquellos vehículos que viajan sobre carriles adyacentes. Adicionalmente la aproximación a un 40

41 semáforo hace que los conductores se pongan en alerta máxima a una distancia de 100 m de la línea de pare. VISSIM simula flujo de tráfico de unidades-vehículo-conductor moviéndose a través de la red. A cada conductor con sus características propias de comportamiento se le asigna un vehículo específico. El comportamiento del conductor coordina con las posibilidades técnicas del vehículo. Comportamiento de conducción Tanto los modelos de seguimiento como de cambio de carril en VISSIM, emplean un rango extenso de parámetros. Algunos de estos pueden ser adaptados para cambiar el comportamiento de conducción básico. Se puede definir para cada clase de vehículo una serie diferente de parámetros de comportamiento de conducción e incluso dentro del mismo tipo de vehículo. El modelo de seguimiento de Wiedemann está basado puramente en la percepción y reacción de los conductores en las diferentes situaciones de tráfico. Dentro del modelo de simulación cada conductor está relacionado con su propio vehículo, es decir, está modelado separadamente. El modelo representa la percepción humana de vehículos influenciando sus propios movimientos principalmente la percepción de distancias como también las diferencias de velocidad. Éste modela como los conductores humanos reaccionan a una situación percibida cambiando su propio comportamiento de conducción. El modelo de Wiedemann, está basado en mediciones e investigaciones de la conducción humana. A continuación se describen brevemente estos parámetros: Área de conducción libre: No se puede observar ninguna interacción con el vehículo delantero. No hay influencia de vehículos observables que preceden. En este modo, el conductor busca alcanzar y mantener cierta velocidad, es decir, su velocidad deseada individual. En la realidad de la conducción a flujo libre, la velocidad no se puede mantener constante pero oscila alrededor de la velocidad deseada a raíz del control imperfecto del acelerador. 41

42 Área de aproximación: Es el proceso durante el cual el conductor trata de adaptar su velocidad a la velocidad más baja del vehículo del vehículo delantero. Durante la aproximación, un conductor desacelera a tal grado hasta que la diferencia de velocidades de ambos vehículos es cero justo en el momento en el que él alcanza su distancia de seguridad deseada. Área de seguimiento: el conductor sigue a su vehículo antecesor sin ningún rasgo de aceleración o desaceleración consiente. El mantiene su distancia de seguridad deseada más o menos constante pero de nuevo, a raíz del control imperfecto del acelerador y la estimación, la diferencia de velocidad oscila alrededor de cero. Área de frenado o desaceleración: La aplicación de una desaceleración de media a alta, califica si la distancia cae por debajo de la distancia de seguridad deseada. Esto puede suceder si el vehículo que precede cambia de velocidad abruptamente o si un tercer vehículo cambia de carril en frente del conductor observado. Conducción influenciada conscientemente: El conductor nota que se acerca al vehículo que precede y disminuye su velocidad. El valor absoluto de su desaceleración se adapta a la situación actual y a su distancia deseada. Conducción influenciada inconscientemente: En este estado, la diferencia de velocidad es tan pequeña, que ésta no es percibida. El conductor intenta seguir al vehículo precedente. En caso de que la distancia del vehículo alcance un umbral de percepción, entonces el conductor intentará de nuevo acomodar su velocidad. A través de esto se forman en ésta área ondas típicas de distancia. Para calibrar el modelo se realizaron mediciones en campo basadas en procedimientos preestablecidos para determinación de demoras, colas y otros parámetros que sirvieran como condiciones de frontera, para con estos variar los diferentes parámetros de comportamiento de las unidades vehículo-conductor, en lo que se conoce como comportamiento de seguimiento del vehículo. 42

43 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVOS GENERAL Realizar la modelación del tráfico vehicular en el tramo comprendido entre la diagonal 53 (Bomba El Gallo) y la calle 31 () en la ciudad de Cartagena utilizando el software PTV VISSIM con el fin de simular el comportamiento de la vía para el estado actual y estado futuro a 5, 10, 15, 20 años y presentar alternativas de solución si se presentan deficiencias de movilidad vehicular. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Realizar aforos vehiculares, con el fin de determinar el tránsito vehicular existente, el tipo de vehículo que se presenta en la red vial. Determinar el nivel de servicio con que está trabajando la vía, para esto se medirán las demoras, la longitud de colas y tiempos de viaje en diferentes tramos de la vía. Realizar el montaje del modelo VISSIM en el tramo Bomba El Gallo Bomba El Amparo, para simular el tráfico vehicular. Calibrar y verificar el modelo, para que la simulación refleje las condiciones reales de la ciudad. Plantear posibles alternativas de mejoras del tránsito en tramo si el tramo presenta deficiencias. 43

44 3. ALCANCE ALCANCE GEOGRÁFICO El estudio a desarrollar se enmarca en la ciudad de Cartagena de Indias Colombia, en el sitio ubicado en la calle 31 a la altura de La hasta la transversal 53 en el sitio llamado Bomba El Gallo y desde la calle 31 siguiendo por la carrera 69 hasta encontrar nuevamente la Transversal 53.. Este tramo consta de tres intersecciones semaforizadas que son la intersección, la intersección que está a la altura del Centro Comercial Ronda Real y la intersección Bomba El Gallo. La ubicación geográfica del proyecto en la ciudad de Cartagena se puede apreciar mejor en la figura 1. Figura 1. Localización del proyecto Fuente: Google mapas. Modificado por autor 44

45 ALCANCE TÉCNICO El alcance técnico del proyecto, está enmarcado en el estudio de micro simulación usando como herramienta el software PTV Vissim, específicamente el PTV Vissim en su versión Este micro simulación se aplicó sobre las vías estudiadas y reflejo en el mayor grado la realidad de la movilidad vehicular del sector. 45

46 4 METODOLOGÍA 4.1 TIPO DE ESTUDIO El tipo de investigación con la que se desarrolló el presente proyecto fue de tipo descriptivo y cuantitativo, debido a que se planteó unas hipótesis y con base en la información primaria y secundaria se procedió a la realización de la modelación empleando el software PTV Vissim, con el cual se procedió a analizar y evaluar la salida de datos del modelo para luego analizar los resultados. 4.2 UBICACIÓN DEL PROYECTO El proyecto desarrollado está ubicado en la calle 31 a la altura de La hasta la transversal 53 en el sitio llamado Bomba El Gallo y desde la calle 31 siguiendo por la carrera 69 hasta encontrar nuevamente la Transversal RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN Para la recolección de información secundaria se recurrió a diferentes fuentes entre estas tenemos: Concesión de Alumbrado público: la cual suministro información referente a aforos vehiculares y los tiempos de los semáforos que están actualmente en operación en las dos intersecciones. Ver anexo 1. TRANSCARIBE: De la cual se obtuvo información referente a la operación del tráfico que se dará durante la implementación del sistema de transporte masivo e información sobre las rutas que transitaran por el sitio de estudio con sus respectivas frecuencias de operación. En la siguiente ilustración se presentan las rutas para el transporte público fijadas por Transcaribe durante su operación. 46

47 T01e. Ruta troncal expresa Ilustración 1. Rutas Transcaribe T101s. Ruta troncal T102p. Ruta troncal 47

48 Modelación Del Tránsito Vehicular Con El Software PTV VISSIM Tramo Bomba El Gallo T102s. Ruta troncal X101p.Ruta pre-troncal X102p Ruta pre-troncal 48

49 X103p Ruta pre-troncal A103p Ruta Alimentadora A104p Ruta alimentadora 49

50 A105p Ruta alimentadora A106P Ruta alimentadora A107P Ruta alimentadora 50

51 A108P Ruta alimentadora A109C Ruta alimentadora A110c Ruta alimentadora 51

52 A116P Ruta alimentadora C007P Ruta complementaria Fuente: TRANSCARIBE Recopilada la información secundaria se procedió al análisis de la información, la cual se utilizó como datos principales para adelantar la simulación. De la información secundaria se hizo una revisión bibliográfica de varios temas de tesis que se han realizado en la universidad de Cartagena. Entre alguno de estos tenemos: Modelación de los planes de manejo de tránsito, tramos Amparo Cuatro Vientos realizado por los ingenieros LIGIA SÁNCHEZ FERNÁNDEZ Y SINDRY CAMARGO MARTÍNEZ. 52

53 Modelación de los planes de manejo de tránsito, tramo Cuatro Vientos Bazurto, realizado por la ingeniera ANGIE QUIROZ. Modelación de los planes de manejo de tránsito, tramo Parque De La Marina Boca grande realizado por los ingenieros FREDY BETTIN HERNÁNDEZ Y YOEL ALCALÁ ZÚÑIGA. Modelación del tránsito vehicular en el sector bomba el amparo - sao la plazuela, cartagena por medio del software ptv vissim realizada por los ingenieros RAFAEL QUEZADA Y ALLEN MAURICIO PAJARO. 4.4 CREACIÓN Y MODELACIÓN DE LA RED VIAL EN EL SOFTWARE PTV VISSIM Para la realización de la modelación vial con el software PTV VISSIM se procede al análisis de todos los estudios de tránsito y del análisis de los aforos para luego introducir estos datos al programa para que este refleje las condiciones del área de estudio. Los pasos son los siguientes: Cargar el background o imagen de fondo, sobre la cual se va a cargar la red del área de estudio. Ilustración 2. Imagen apoyo (background) Fuente: elaboración propia 53

54 Creación de los links y conectores, para el diseño de la red vial. Ilustración 3. Creación de link y conectores Fuente: elaboración propia Se ingresaron los volúmenes de tráfico vehicular para cada una de las entradas vehiculares Ilustración 4. Volúmenes vehiculares por acceso Fuente: elaboración propia Se Trazar las rutas de decisión para cada acceso Ilustración 5. Rutas de decisión Fuente: elaboración propia 54

55 Se establecen las áreas de prioridad en las zonas donde se presentan conflictos. Ilustración 6. Áreas de conflictos Fuente: elaboración propia Creación de grupos de señales y ubicación de semáforos en la red. Esto se realiza con los datos de los ciclos de los semáforos Ilustración 7. Programación de los semáforos Fuente: elaboración propia 55

56 4.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS El análisis de los resultados para la situación actual y futura para 5,10, 15, y 20 años, nos permitió conocer los problemas de tráfico que se presentan y se presentaran si no se toman medidas preventivas para el óptimo manejo del tráfico en el área estudiada. Para el análisis de resultados se tuvieron en cuenta ciertos parámetros arrojados por el software como máxima longitudes de cola, longitudes de cola promedio, demoras. Además con base en estos resultados se realizó en vissim una alternativa de solución, la cual nos permitió dar algunas recomendaciones y conclusiones para visualizar y mejorar el problema que se supuso al principio de la investigación. 56

57 5. RESULTADOS 5.1 VOLÚMENES VEHICULARES Para presentar los resultados se procedió a digitalizar los aforos vehiculares del día 27 de marzo Con base en los aforos se obtuvieron los volúmenes vehicularse para la hora pico. Estos se presentan a continuación. Tabla 3. Volúmenes vehiculares hora pico intersección El Amparo RETORNAN AL AMPARO (2) AUTOS MOTOS CAMIONES Total 18:30 18: :45 19: :00 19: :15 19: ,3% 47,0% 0,7% RETORNO SALEN DIRECTO A BOMBA DEL GALLO (3) AUTOS MOTOS CAMIONES total 18:30 18: :45 19: :00 19: :15 19: ,6% 65,1% 0,3% Fuente: elaboración propia 57

58 Tabla 4. Volúmenes vehicules hora pico intersección Bomba El Gallo DIAGONAL 32 (2) AUTOS MOTOS CAMIONES Total 18:30 18: :45 19: :00 19: :15 19: % 57% 1% 13 de junio (1) motos autos camiones total 18:30 a 18: :45 a 19: :00 a 19: :15 a 19: ,6% 41,1% 1,3% Fuente: elaboración propia 58

59 Ilustración 8. Codificación Movimientos Vehiculares Intersección Bomba el amparo (UNICAT) 3B Fuente: Google modificada por autor Ilustración 9. Codificación Movimientos vehiculares intersección Bomba El Gallo Fuente: Google modificada por autor Volúmenes Vehiculares Por Acceso. Las rutas para transporte mixto y público en la intersección bomba el gallo- bomba el amparo se aprecia en las tablas 5,6 y 7.(ver anexo 2) 59

60 Acceso Madre Bernarda (diagonal 32) Fuente: elaboración propia Tabla 5. Acceso Sur (S) GIROS ACCESO 2 AUTOS MOTOS CAMIONES BUSES DIRECTO IZQUIERDA DERECHA Acceso 13 de junio GIROS ACCESO 1Tabla 6. Acceso noroeste (NW) AUTOS MOTOS CAMIONES BUSES DIRECTO IZQUIERDA DERECHA Fuente: elaboración propia Acceso terminal de transporte Tabla 7. Acceso noreste (NE) GIROS ACCESO 4 AUTOS MOTOS CAMIONES BUSES DIRECTO DERECHA Fuente: elaboración propia 60

61 Las rutas para transporte mixto y público en la intersección bomba la Amparo (UNICAT) - bomba el gallo se aprecia en las tablas 8,9 y 10 Acceso bomba amparo Fuente: elaboración propia Tabla 8. Acceso suroeste (SW) GIROS ACCESO 3a AUTOS MOTOS CAMIONES BUSES DIRECTO IZQUIERDA DERECHA Fuente: elaboración propia Tabla 9. Acceso Sur(S) Acceso retorno hacia GIROS bomba ACCESO el gallo 3b AUTOS MOTOS CAMIONES BUSES DIRECTO IZQUIERDA DERECHA Acceso retorno hacia el amparo Fuente: elaboración propia Tabla 10. Acceso Sur(S) GIROS ACCESO 2 amparo AUTOS MOTOS CAMIONES BUSES DIRECTO IZQUIERDA DERECHA

62 5.2 MEDICIÓN DE LONGITUDES DE COLA Para la medición de las colas se tuvo en cuenta cuales eran los periodos en que los volúmenes de transito eran mayores. Se midieron las longitudes en cada uno de los accesos (entradas vehiculares) y se tomaron los valores mayores por acceso Medición De Colas Intersección Bomba El Gallo Ilustración 10. Longitudes de cola Intersección Bomba El Gallo NW NE 1 SW S Fuente: Google. Modificada por autor Medición De Colas En Intersección (UNICAT) Ilustración 11. Longitudes de cola Intersección el amparo SW S Fuente : Google. Modificada por autor 62

63 INTERSECCION BOMBA EL GALLO Tabla 11.longitud de cola por acceso El Gallo COLA POR ACCESO LONGITUD(M) NE (Terminal Gallo) 60m NW (13 de junio) 340m SW (Amparo Gallo) 85 S (Diagonal 32 ) 95m Fuente: Elaboracion propia INTERSECCION BOMBA EL AMPARO Tabla 12.longitud de cola por acceso El Amparo (UNICAT) COLA POR ACCESO LONGITUD (M) NE (Gallo Amparo (UNICAT)) 100m S (Retorno Gallo) 120m SW(Directo Amparo-Gallo) 70m Fuente: Elaboración propia 5.3 ESTUDIOS DE VELOCIDADES Para el estudio de velocidades se utilizó la técnica del vehículo en movimiento. Tabla 13. Velocidad para trasporte mixto. Intersección Bomba El Gallo Acceso Tiempo(h) Distancia(km) Velocidad(km/h) Vel. promedio (km/h) NW S NE SW Tiempo(h) Distancia(km) Velocidad(km/h) Vel. promedio Acceso (km/h) NW Fuente: elaboración propia 63

64 Tabla 14. Velocidades vehículo mixto. Intersección Acceso Tiempo(h) Distancia(km) Velocidad(km/h) Vel. promedio( km/h) SW S NE Fuente: elaboración Propia Tabla 15. Velocidades vehículo moto. Intersección Bomba El Gallo Acceso Tiempo(h) Distancia(km) Velocidad(km/h) Vel.promedio( km/h) NW S NE SW Fuente: Elaboración propia Tabla 16. Velocidades vehículo moto. Intersección Acceso Tiempo(h) Distancia(km) Velocidad(km/h) Vel.promedio( km/h) S SW NE Fuente: Elaboración propia 64

65 Tabla 17. Velocidades vehículo bus. Intersección Bomba El Gallo Acceso Tiempo(h) Distancia(km) Velocidad(km/h) Vel. promedio( km/h) NW S NE SW Fuente: Elaboración propia Tabla 18. Velocidad vehículo bus. Intersección Acceso Tiempo(h) Distancia(km) Velocidad(km/h) Vel. promedio( km/h) S SW NE Fuente: Elaboración propia 5.4 MODELACIÓN SITUACIÓN ACTUAL Para realizar la simulación de la situación actual para las 2 intersecciones con el software ptv vissim, se requirió de ciertos datos, entre estos estuvieron aforos vehiculares, composiciones vehiculares, programación de los semáforos y velocidades para cada tipo de vehículo. Además para que el área de estudio reflejara las condiciones del tráfico de la ciudad de Cartagena, se tuvieron que calibrar ciertos parámetros del comportamiento del conductor (Wiedemann 1974). 65

66 Los parámetros que se evaluaron para obtener los resultados de esta simulación fueron: Tabla 19. Parámetros evaluados por PTV VISSIM Parámetros Significado Node Numero de nodos Movement Movimiento maxqueue Longitud máxima de cola avequeue Promedio de las longitudes de cola Delay(all) Demora por vehículo Delay(10) Demora de carro Delay(70) Demora moto Delay(30) Demora bus Delay(20) Demora camión Fuente: elaboración propia Para que la modelación de la situación actual fuera parecida a la realidad se procedió a comparar las longitudes de colas reales medidas en campo Vs las longitudes que arrojo el software en los resultados. En las tablas siguientes se puede apreciar la comparación de las colas con su margen de error. INTERSECCIÓN BOMBA EL GALLO Tabla 20. Comparación de longitudes de cola Acceso Longitud real Longitud (M) Error NW % S % NE % SW % Fuente: elaboración propia 66

67 longitud en metros (m) Modelación Del Tránsito Vehicular Con El Software PTV VISSIM Tramo Bomba El Gallo- INTERSECCIÓN BOMBA EL AMPARO Tabla 21. Comparaciones longitudes de cola Acceso Longitud real Longitud (M) Error S % NE % SW % Fuente: Elaboración propia Como el porcentaje de error entre las 2 comparaciones de longitudes de colas es aceptable, la situación actual refleja la condición del tráfico vehicular que presenta el área de estudio Resultados Para Situación Actual. Los resultados arrojados por el software para longitudes de cola por acceso se aprecian en las siguientes gráficas. INTERSECCIÓN BOMBA EL GALLO Grafica 1. Longitud de cola (m) LONGITUD DE COLAS POR ACCESO NW S NE SW Fuente: elaboración propia 67

68 demora en segundo (s) longitud en metros (m) Modelación Del Tránsito Vehicular Con El Software PTV VISSIM Tramo Bomba El Gallo- INTERSECCIÓN BOMBA EL AMPARO Grafica 2. Longitud de cola en metros Longitud de cola por acceso S NE SW Fuente: elaboración propia Para determinar el nivel de servicio con que está trabajando la vía se procede a comparar las demoras promedios por vehículos, estas también arrojadas por el software. Las siguientes graficas muestran las demoras promedio por acceso para las 2 intersecciones. INTERSECCIÓN BOMBA EL GALLO 200 Grafica 3. Demoras promedio. Demora por acceso NW S NE SW Fuente: elaboración propia 68

69 demora en Segundo(S) Modelación Del Tránsito Vehicular Con El Software PTV VISSIM Tramo Bomba El Gallo- INTERSECCIÓN BOMBA EL AMPARO Grafica 4. Demora promedio Demora por acceso S NE SW Fuente: elaboración propia Con base en las demoras promedio se calculan los niveles de servicio con que están trabajando las intersecciones. Para evaluar el funcionamiento de las intersecciones afectadas se utilizaron las técnicas del "Highway Capacity Sofware (HCS2000), establece que el Nivel de Servicio de una intersección está dado por la demora promedio que sufren los vehículos en ella. INTERSECCIÓN EL GALLO Tabla 22. Nivel de servicio por Demora ACCESO DEMORA(Seg) NIVEL DE SERVICIO NW F S 50.2 D NE 49.3 D SW 56.7 E Fuente: elaboración propia 69

70 INTERSECCIÓN EL AMPARO Tabla 23. Nivel de servicio por Demora ACCESO DEMORA(Seg) NIVEL DE SERVICIO S 26.9 C NE D SW 36.0 C Fuente: elaboración propia Para determinar el nivel de servicio con que está trabajando la intersección también podemos trabajar con el método de volúmenes vehiculares por acceso, según la tabla 10.7 de la HCM El tipo de vía es una vía urbana por lo que es una vía de funcionalidad IV, según la tabla 10.3 de HCM INTERSECCIÓN B. EL GALLO Tabla 24. Nivel de servicio por volúmenes vehiculares Acceso Volúmenes vehiculares (V/h) Nivel de servicio NW 744 E S 869 D NE 1082 C Fuente: elaboración propia INTERSECCIÓN B. EL AMPARO Tabla 25. Nivel de servicio por volúmenes vehiculares Acceso Volúmenes vehiculares (V/h) Nivel de servicio S 2413 D NE 1082 C SW 423 C Fuente: elaboración propia 70

71 La intersección Bomba El Gallo está trabajando con niveles de servicio bajos, lo que dificulta la movilidad del sector donde se espera que salgan la mayor cantidad de rutas del sistema de transporte masivo TRANSCARIBE, ya que en este sector es donde se encuentra el portal o mayor estación de traspaso y recolección de pasajeros. Para el flujo que baja del 13 de junio (NW) se presenta el nivel de servicio E que se caracteriza por largas espera de vehículos en los semáforos, ocasionando las largas longitudes de cola que causa incomodidad en los usuarios y congestionamiento vehicular. En el flujo vehicular que sale de la urbanización Anita (diagonal 32), el nivel de servicio conque trabaja la vía es D, el cual se debe también a la largas espera en semáforos y la gran cantidad de motos que se presenta actualmente en la ciudad. En la intersección El Amparo para el flujo que viene del retorno(s) el nivel de servicio con que está trabajando la vía es D, debido a la gran cantidad de buses que retrasan el tráfico ya que estas recogen pasajeros en cualquier lado y son los vehículos que transitan con menor velocidad. Otra causa del congestionamiento es la gran cantidad de motos que circulan en esta vía. Se espera que para mejorar el tráfico a futuro, se elimine las motos o se reduzca la mayor cantidad de estas, por ser este sitio un punto tan importante para la implementación del nuevo sistema de transporte en la ciudad. 5.5 MODELACIÓN DE LA SITUACIÓN FUTURA La simulación se realizó a partir de la fecha actual. Para la situación futura a 5 años se espera que el sistema de transporte masivo TRANSCARIBE, ya esté en operación al 100% esto quiere decir que todas las rutas de transporte actuales van a ser reemplazadas por las del sistema Transcaribe. Se realizó la modelación para 5, 10, 15 y 20 años con Transcaribe. En este vía se presentaran las rutas principales que son las troncales, además de las pretroncales, alimentadoras y complementaria. Para el trasporte mixto se realizaron las respectivas proyecciones con un incremento anual del 3% para 5, 10, 15,20 años a partir de 71

72 situación actual. Para el transporte público se consideró un incremento del 2,64% para 10, 15 y 20 años de implementación del sistema, de acuerdo a información con TRANSCARIBE. A continuación se presentan las frecuencias de las rutas: Tabla 26.Rutas troncales. Parametros operacionales Tabla 27.Rutas pretroncales. Parametros operacionales Tabla 28. Rutas alimentadoras. Parámetros operacionales 72

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