VENTAJAS DE LA VIA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE EN PROYECTOS DE ALTA VELOCIDAD

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1 VENTAJAS DE LA VIA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE EN PROYECTOS DE ALTA VELOCIDAD UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA JOSE MARIA MENENDEZ INMACULADA GALLEGO SANTOS SANCHEZ ANA RIVAS UNIVERSIDAD DE CANTABRIA ENRIQUE CASTILLO MARIA NOGAL ZACARIAS GRANDE 17 Julio 2015 Índice LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE 1 Motivación, presentación y ventajas de la vía alternada doble-simple. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 2 / 47

2 Índice LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE 1 Motivación, presentación y ventajas de la vía alternada doble-simple. 2 Aplicación de la metodología al caso Palencia-Santander. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 2 / 47 Índice LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE 1 Motivación, presentación y ventajas de la vía alternada doble-simple. 2 Aplicación de la metodología al caso Palencia-Santander. 3 como un problema matemático de optimización binario mixto. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 2 / 47

3 Índice LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE 1 Motivación, presentación y ventajas de la vía alternada doble-simple. 2 Aplicación de la metodología al caso Palencia-Santander. 3 como un problema matemático de optimización binario mixto. 4 Software de aplicación de la metodología. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 2 / 47 Índice LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE 1 Motivación, presentación y ventajas de la vía alternada doble-simple. 2 Aplicación de la metodología al caso Palencia-Santander. 3 como un problema matemático de optimización binario mixto. 4 Software de aplicación de la metodología. 5 Colaboración con el Gobierno de Cantabria y el Ministerio de Fomento: Propuesta de actuación en la línea Palencia-Santander. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 2 / 47

4 Índice LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE 1 Motivación, presentación y ventajas de la vía alternada doble-simple. 2 Aplicación de la metodología al caso Palencia-Santander. 3 como un problema matemático de optimización binario mixto. 4 Software de aplicación de la metodología. 5 Colaboración con el Gobierno de Cantabria y el Ministerio de Fomento: Propuesta de actuación en la línea Palencia-Santander. 6 Aplicaciones internacionales. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 2 / 47 Introducción Evolución de la alta velocidad en España EVOLUCIÓN DE LA ALTA VELOCIDAD EN ESPAÑA Mientras que en los primeros años, la construcción de líneas de alta velocidad en España estaba dirigida a conectar dos grandes núcleos de población, en la actualidad y en futuras acciones se están proyectando y construyendo nuevas líneas en las que sólo uno de los extremos es de gran población. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 3 / 47

5 Introducción Evolución de la alta velocidad en España EVOLUCIÓN DE LA ALTA VELOCIDAD EN ESPAÑA Mientras que en los primeros años, la construcción de líneas de alta velocidad en España estaba dirigida a conectar dos grandes núcleos de población, en la actualidad y en futuras acciones se están proyectando y construyendo nuevas líneas en las que sólo uno de los extremos es de gran población. Esto requiere un planteamiento completamente diferente y ciertas reflexiones: ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 3 / 47 Introducción Evolución de la alta velocidad en España EVOLUCIÓN DE LA ALTA VELOCIDAD EN ESPAÑA Mientras que en los primeros años, la construcción de líneas de alta velocidad en España estaba dirigida a conectar dos grandes núcleos de población, en la actualidad y en futuras acciones se están proyectando y construyendo nuevas líneas en las que sólo uno de los extremos es de gran población. Esto requiere un planteamiento completamente diferente y ciertas reflexiones: 1 La primera reflexión consiste en darse cuenta de que al tratarse de líneas periféricas el número de usuarios es necesariamente mucho menor, lo que implica una demanda mucho más reducida y una frecuencia de trenes muy inferior. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 3 / 47

6 Introducción Evolución de la alta velocidad en España EVOLUCIÓN DE LA ALTA VELOCIDAD EN ESPAÑA Mientras que en los primeros años, la construcción de líneas de alta velocidad en España estaba dirigida a conectar dos grandes núcleos de población, en la actualidad y en futuras acciones se están proyectando y construyendo nuevas líneas en las que sólo uno de los extremos es de gran población. Esto requiere un planteamiento completamente diferente y ciertas reflexiones: 1 La primera reflexión consiste en darse cuenta de que al tratarse de líneas periféricas el número de usuarios es necesariamente mucho menor, lo que implica una demanda mucho más reducida y una frecuencia de trenes muy inferior. 2 La segunda reflexión debe ir en torno al cuestionamiento de la vía doble, que es muy cara, y a pensar en una nueva alternativa. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 3 / 47 Introducción Evolución de la alta velocidad en España EVOLUCIÓN DE LA ALTA VELOCIDAD EN ESPAÑA Mientras que en los primeros años, la construcción de líneas de alta velocidad en España estaba dirigida a conectar dos grandes núcleos de población, en la actualidad y en futuras acciones se están proyectando y construyendo nuevas líneas en las que sólo uno de los extremos es de gran población. Esto requiere un planteamiento completamente diferente y ciertas reflexiones: 1 La primera reflexión consiste en darse cuenta de que al tratarse de líneas periféricas el número de usuarios es necesariamente mucho menor, lo que implica una demanda mucho más reducida y una frecuencia de trenes muy inferior. 2 La segunda reflexión debe ir en torno al cuestionamiento de la vía doble, que es muy cara, y a pensar en una nueva alternativa. 3 Seguidamente y sin rechazar necesariamente la vía única, se requieren nuevas soluciones. Es así como surge la vía alternada doble-simple (ADST) (alternate double-single track). ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 3 / 47

7 Introducción Evolución de la alta velocidad en España EVOLUCIÓN DE LA ALTA VELOCIDAD EN ESPAÑA Mientras que en los primeros años, la construcción de líneas de alta velocidad en España estaba dirigida a conectar dos grandes núcleos de población, en la actualidad y en futuras acciones se están proyectando y construyendo nuevas líneas en las que sólo uno de los extremos es de gran población. Esto requiere un planteamiento completamente diferente y ciertas reflexiones: 1 La primera reflexión consiste en darse cuenta de que al tratarse de líneas periféricas el número de usuarios es necesariamente mucho menor, lo que implica una demanda mucho más reducida y una frecuencia de trenes muy inferior. 2 La segunda reflexión debe ir en torno al cuestionamiento de la vía doble, que es muy cara, y a pensar en una nueva alternativa. 3 Seguidamente y sin rechazar necesariamente la vía única, se requieren nuevas soluciones. Es así como surge la vía alternada doble-simple (ADST) (alternate double-single track). 4 Finalmente, se plantea la necesidad de tomar decisiones con criterios de optimización, de donde resulta que es imprescindible una herramienta informática de diseño, pre-proyecto y análisis de soluciones. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 3 / 47 Introducción Evolución de la alta velocidad en España ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 4 / 47

8 Introducción Descripción y propiedades QUÉ ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE (ADST)? (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 5 / 47 Introducción Descripción y propiedades QUÉ ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE (ADST)? (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1 No se trata de vía única. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 5 / 47

9 Introducción Descripción y propiedades QUÉ ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE (ADST)? (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1 No se trata de vía única. 2 No se trata tampoco de vía doble. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 5 / 47 Introducción Descripción y propiedades QUÉ ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE (ADST)? (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1 No se trata de vía única. 2 No se trata tampoco de vía doble. 3 En rendimientos está mucho más cerca de la vía doble que de la única. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 5 / 47

10 Introducción Descripción y propiedades QUÉ ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE (ADST)? (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1 No se trata de vía única. 2 No se trata tampoco de vía doble. 3 En rendimientos está mucho más cerca de la vía doble que de la única. 4 En coste está mucho más cerca de la vía única que de la doble. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 5 / 47 Introducción Descripción y propiedades QUÉ ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE (ADST)? (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1 No se trata de vía única. 2 No se trata tampoco de vía doble. 3 En rendimientos está mucho más cerca de la vía doble que de la única. 4 En coste está mucho más cerca de la vía única que de la doble. 5 Consigue prácticamente los mismos rendimientos que la vía doble para la demanda futura esperada e incluso algo superior a ella. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 5 / 47

11 Introducción Descripción y propiedades QUÉ ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE (ADST)? (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1 No se trata de vía única. 2 No se trata tampoco de vía doble. 3 En rendimientos está mucho más cerca de la vía doble que de la única. 4 En coste está mucho más cerca de la vía única que de la doble. 5 Consigue prácticamente los mismos rendimientos que la vía doble para la demanda futura esperada e incluso algo superior a ella. 6 Reduce notablemente el coste de construcción (hasta un 40%). ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 5 / 47 Introducción Descripción y propiedades QUÉ ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE (ADST)? (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1 No se trata de vía única. 2 No se trata tampoco de vía doble. 3 En rendimientos está mucho más cerca de la vía doble que de la única. 4 En coste está mucho más cerca de la vía única que de la doble. 5 Consigue prácticamente los mismos rendimientos que la vía doble para la demanda futura esperada e incluso algo superior a ella. 6 Reduce notablemente el coste de construcción (hasta un 40%). 7 Reduce notablemente el coste de mantenimiento. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 5 / 47

12 Introducción Descripción y propiedades QUÉ ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE (ADST)? (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1 No se trata de vía única. 2 No se trata tampoco de vía doble. 3 En rendimientos está mucho más cerca de la vía doble que de la única. 4 En coste está mucho más cerca de la vía única que de la doble. 5 Consigue prácticamente los mismos rendimientos que la vía doble para la demanda futura esperada e incluso algo superior a ella. 6 Reduce notablemente el coste de construcción (hasta un 40%). 7 Reduce notablemente el coste de mantenimiento. 8 Finalmente, puede hacer viable ciertas líneas que no lo son en vía doble. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 5 / 47 Introducción Descripción y propiedades ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 6 / 47

13 Introducción Perfil longitudinal, planta y costes de tramos Diagrama de circulación actual optimizado DESCRIPCIÓN GEOMÉTRICA DEL ALZADO DE LA LÍNEA PALENCIA-SANTANDER PARÁMETROS DE DISEÑO (IGP): Pendientes: Máxima=15 mm/m; excepcional = 18mm/m En túnel: mínimo = 5 mm/m; excepcional = 2 mm/m L max en máxima pendiente= 3000 m. Acuerdos verticales: Para V=300 km/h, mínima Kv=32000 m. Para V=250 km/h, mínima Kv=22000 m. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 7 / 47 Introducción Perfil longitudinal, planta y costes de tramos Diagrama de circulación actual optimizado DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE LA LÍNEA PALENCIA-SANTANDER VELOCIDADES MÁXIMAS DE DISEÑO: V =300 km/h Curvas: R 5350 m V=250 km/h Curvas: R 3550 m ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 8 / 47

14 Introducción Perfil longitudinal, planta y costes de tramos Diagrama de circulación actual optimizado TRAMOS ELEGIDOS EN LA LÍNEA PALENCIA-SANTANDER VELOCIDADES MÁXIMAS DE DISEÑO: V =300 km/h Curvas: R 5350 m V=250 km/h Curvas: R 3550 m ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 9 / 47 Introducción Perfil longitudinal, planta y costes de tramos Diagrama de circulación actual optimizado TRAMOS ELEGIDOS Y COSTES POR KILÓMETRO DE LAS DIFERENTES ALTERNATIVAS ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 10 / 47

15 Introducción Perfil longitudinal, planta y costes de tramos Diagrama de circulación actual optimizado La línea se construye para satisfacer a una determinada demanda, que en la actualidad es la que se muestra en el siguiente diagrama de circulación optimizado: ACTUAL DIAGRAMA DE CIRCULACIÓN OPTIMIZADO: SANTANDER-PALENCIA Valdecilla Santander Boo Maliano MuriedasBahi NuevaMontana Guarnizo Parbayon Viono Renedo Zurita Viernoles DesvioTorSan Sierrapando Torrelavega Caldas Lombera Corrales Arenas Fraguas SantaCruz Molledo Barcena Cobejo Pujayo Montabliz Pesquera Lantueno Rio Reinosa Sopena DesvioCdRA Pozazal Muñeca DesvioCdRB Mataporquera Quintanilla Aguilar TunelMaveB TunelMaveA Villaescus T4 Alar Herrera Espinosa T3 Osorno T2 Fromista Pina T1 Amusco ElCarrion Monzon Palencia ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 11 / 47 El papel de la Investigación Operativa en este problema Papel de la Investigación Operativa. Descripción del modelo matemático de optimización ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 12 / 47

16 El papel de la Investigación Operativa en este problema POR QUÉ SON NECESARIOS LOS MÉTODOS DE LA INVESTIGACIÓN OPERATIVA? El diseño y gestión de la vía alternada doble-simple es muy complejo, ya que exige: 1 Decidir qué tramos deben construirse en vía única y cuáles en vía doble. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 13 / 47 El papel de la Investigación Operativa en este problema POR QUÉ SON NECESARIOS LOS MÉTODOS DE LA INVESTIGACIÓN OPERATIVA? El diseño y gestión de la vía alternada doble-simple es muy complejo, ya que exige: 1 Decidir qué tramos deben construirse en vía única y cuáles en vía doble. 2 Satisfacer las restricciones de seguridad y los horarios de los diferentes servicios para que los tiempos de viaje no aumenten sustancialmente al introducir vía única en algunos tramos. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 13 / 47

17 El papel de la Investigación Operativa en este problema POR QUÉ SON NECESARIOS LOS MÉTODOS DE LA INVESTIGACIÓN OPERATIVA? El diseño y gestión de la vía alternada doble-simple es muy complejo, ya que exige: 1 Decidir qué tramos deben construirse en vía única y cuáles en vía doble. 2 Satisfacer las restricciones de seguridad y los horarios de los diferentes servicios para que los tiempos de viaje no aumenten sustancialmente al introducir vía única en algunos tramos. 3 Minimizar los costes y los tiempos de viaje y optimizar la utilización de la infraestructura. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 13 / 47 El papel de la Investigación Operativa en este problema POR QUÉ SON NECESARIOS LOS MÉTODOS DE LA INVESTIGACIÓN OPERATIVA? El diseño y gestión de la vía alternada doble-simple es muy complejo, ya que exige: 1 Decidir qué tramos deben construirse en vía única y cuáles en vía doble. 2 Satisfacer las restricciones de seguridad y los horarios de los diferentes servicios para que los tiempos de viaje no aumenten sustancialmente al introducir vía única en algunos tramos. 3 Minimizar los costes y los tiempos de viaje y optimizar la utilización de la infraestructura. 4 Obtener los diagramas de circulación optimizados de todos los trenes. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 13 / 47

18 El papel de la Investigación Operativa en este problema POR QUÉ SON NECESARIOS LOS MÉTODOS DE LA INVESTIGACIÓN OPERATIVA? El diseño y gestión de la vía alternada doble-simple es muy complejo, ya que exige: 1 Decidir qué tramos deben construirse en vía única y cuáles en vía doble. 2 Satisfacer las restricciones de seguridad y los horarios de los diferentes servicios para que los tiempos de viaje no aumenten sustancialmente al introducir vía única en algunos tramos. 3 Minimizar los costes y los tiempos de viaje y optimizar la utilización de la infraestructura. 4 Obtener los diagramas de circulación optimizados de todos los trenes. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 13 / 47 El papel de la Investigación Operativa en este problema POR QUÉ SON NECESARIOS LOS MÉTODOS DE LA INVESTIGACIÓN OPERATIVA? El diseño y gestión de la vía alternada doble-simple es muy complejo, ya que exige: 1 Decidir qué tramos deben construirse en vía única y cuáles en vía doble. 2 Satisfacer las restricciones de seguridad y los horarios de los diferentes servicios para que los tiempos de viaje no aumenten sustancialmente al introducir vía única en algunos tramos. 3 Minimizar los costes y los tiempos de viaje y optimizar la utilización de la infraestructura. 4 Obtener los diagramas de circulación optimizados de todos los trenes. Dada la complejidad del problema, es necesario utilizar un programa de optimización que cumpla todas las condiciones impuestas por la seguridad y además satisfaga la calidad de los servicios. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 13 / 47

19 El papel de la Investigación Operativa en este problema CONSIDERACIONES PREVIAS SOBRE LOS TIEMPOS DE VIAJE Puesto que los tiempos empleados por los diferentes trenes que circulan por una red o una línea pueden ser bastante diferentes y no es lo mismo un retraso de cinco minutos en un viaje de una hora que en un viaje de tres horas, utilizamos en nuestro estudio los tiempos relativos de viaje. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 14 / 47 El papel de la Investigación Operativa en este problema CONSIDERACIONES PREVIAS SOBRE LOS TIEMPOS DE VIAJE Puesto que los tiempos empleados por los diferentes trenes que circulan por una red o una línea pueden ser bastante diferentes y no es lo mismo un retraso de cinco minutos en un viaje de una hora que en un viaje de tres horas, utilizamos en nuestro estudio los tiempos relativos de viaje. Por tiempo relativo de viaje entendemos el cociente: Tiempo relativo de viaje = Tiempo de viaje Tiempo mínimo requerido (1) Por tanto, un tiempo relativo 1 significa que viajamos a la velocidad máxima y unos tiempos relativos 1.10 y 1.20 significa que hemos empleado un 10% y un 20% más, respectivamente. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 14 / 47

20 El papel de la Investigación Operativa en este problema CONSIDERACIONES PREVIAS SOBRE LOS TIEMPOS DE VIAJE Puesto que los tiempos empleados por los diferentes trenes que circulan por una red o una línea pueden ser bastante diferentes y no es lo mismo un retraso de cinco minutos en un viaje de una hora que en un viaje de tres horas, utilizamos en nuestro estudio los tiempos relativos de viaje. Por tiempo relativo de viaje entendemos el cociente: Tiempo relativo de viaje = Tiempo de viaje Tiempo mínimo requerido (1) Por tanto, un tiempo relativo 1 significa que viajamos a la velocidad máxima y unos tiempos relativos 1.10 y 1.20 significa que hemos empleado un 10% y un 20% más, respectivamente. Esto tiene la ventaja de poder combinar trenes diferentes corrigiendo el efecto de la duración del viaje. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 14 / 47 El papel de la Investigación Operativa en este problema PROBLEMA DE OPTIMIZACIÓN Todo problema de optimización exige fijar cuatro elementos fundamentales: 1 Los datos. Hay que definirlos cuidadosamente. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 15 / 47

21 El papel de la Investigación Operativa en este problema PROBLEMA DE OPTIMIZACIÓN Todo problema de optimización exige fijar cuatro elementos fundamentales: 1 Los datos. Hay que definirlos cuidadosamente. 2 Las variables. Es crucial elegir bien las variables y su tipo. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 15 / 47 El papel de la Investigación Operativa en este problema PROBLEMA DE OPTIMIZACIÓN Todo problema de optimización exige fijar cuatro elementos fundamentales: 1 Los datos. Hay que definirlos cuidadosamente. 2 Las variables. Es crucial elegir bien las variables y su tipo. 3 Las restricciones. No deben olvidarse restricciones importantes. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 15 / 47

22 El papel de la Investigación Operativa en este problema PROBLEMA DE OPTIMIZACIÓN Todo problema de optimización exige fijar cuatro elementos fundamentales: 1 Los datos. Hay que definirlos cuidadosamente. 2 Las variables. Es crucial elegir bien las variables y su tipo. 3 Las restricciones. No deben olvidarse restricciones importantes. 4 La función objetivo. No es trivial su elección. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 15 / 47 El papel de la Investigación Operativa en este problema DATOS Nuestros datos serán: 1 Los tramos elegidos para decidir cuáles van en vía simple y en doble. 2 Los costes de ambas soluciones en cada tramo. 3 El número de servicios (trenes) diarios a atender y sus prioridades. 4 Horas de salida deseadas r 0i para los servicios y sus holguras ri,r l i u. 5 Velocidades máximas en cada tramo. 6 Tiempos mínimos de seguridad a respetar entre trenes consecutivos. 7 Tiempo mínimo t 0 i de recorrido de su ruta por el tren i. 8 Prioridad γ i del tren i (0 < γ i 1). 9 Tiempos de parada en estaciones. 10 Velocidades máximas de los trenes. 11 Pendientes máximas de los tramos. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 16 / 47

23 El papel de la Investigación Operativa en este problema VARIABLES Variables y su significado Variable binaria que vale 0 si vía simple y 1 si vía doble: b j Tiempo de entrada del tren i en el segmento j: e i,j Tiempo de salida del tren i del segmento j: s i,j Tiempo de recorrido del segmento j por el tren i: t i,j Máximo tiempo relativo de recorrido de todos los trenes (ε 1): ε Variable binaria que toma valor 1 si el tren i en el segmento j usa la vía t : q i,j,t Hora de salida del tren i: r i Variable binaria con valor1si el treni 1 pasa antes que eli 2 por segmentoj: x i1,i 2,j Variable con valor 1 si el tren i 1 pasa después del i 2 por segmento j: y i1,i 2,j Holguras reales en el tiempo de salida del tren i: η l i,ηu i ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 17 / 47 El papel de la Investigación Operativa en este problema RESTRICCIONES 1 Horas de salidas coincidentes con entrada en primer tramo s i,1 = r i, i I (2) 2 Hora de salida de segmento igual a hora de entrada más tiempo recorrido e i,k = s i,k + t i,k, i I; k K i (3) 3 Tiempos de recorrido acotados t l i,k t i,k t u i,k, i I; k K i (4) 4 Tiempos de parada en estaciones acotados inferiormente s i,k e i,k 1 + d l i,k, i I; k K i (5) 5 Parada nula si no hay PAET s i,k = e i,k 1 ; i I; k / PAET (6) 6 Si no existe segunda vía en segmento j no se puede asignar ésta a ningún tren q ij2 b j ; i I; j K i (7) ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 18 / 47

24 El papel de la Investigación Operativa en este problema 7 Holguras en horarios de salida acotadas superior e inferiormente r i > r 0i ηi l ; i I (8) r i < r 0i + ηi u ; i I (9) 8 Tiempo de operación de cada tren acotado superior e inferiormente s i,1 t min, i I (10) e i,last t max, i I, (11) 9 Tiempos de viaje relativos menores que el máximo ε/γ i (e i,last r i )/t 0 i ε/γ i, i I, (12) 10 Cada tren utiliza una sola vía en cada segmento q i1,j,t = 1, i 1 I, j S. (13) t 11 Presupuesto acotado (1 b j ) STC j + b j DTC j B. (14) j ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 19 / 47 El papel de la Investigación Operativa en este problema 12 Asegurar tiempos de seguridad entre trenes circulando en sentido contrario s i1,j e i2,j h 0 j y i 1,i 2,j M(1 y i1,i 2,j) (15) s i2,j e i1,j h 0 j x i 1,i 2,j M(1 x i1,i 2,j); i 1,i 2 I; j (16) 13 Asegurar tiempos de seguridad entre trenes circulando en el mismo sentido s i2,j s i1,j h i1,i 2,jx i1,i 2,j M(1 x i1,i 2,j); i 1,i 2,j (17) s i1,j s i2,j h i1,i 2,jy i1,i 2,j M(1 y i1,i 2,j); i 1,i 2,j (18) e i2,j e i1,j h 0 j x i 1,i 2,j M(1 x i1,i 2,j); i 1,i 2,j (19) e i1,j e i2,j h 0 j y i 1,i 2,j M(1 y i1,i 2,j); i 1 <i 2 I;ρ i1,i 2,j = 1 (20) 14 Si dos trenes usan la misma vía en segmento j, al menos uno debe tener prioridad b j + q i1 j2 + q i2 j2 2 x i1,i 2,j + y i1,i 2,j; i 1,i 2 I; j (21) q i1,j,1 + q i2,j,1 1 x i1,i 2,j + y i1,i 2,j, i 1 < i 2 I, j,t,(22) 15 Como mucho un tren tiene prioridad x i1,i 2,j + y i1,i 2,j 1; i 1 < i 2 I, j. (23) ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 20 / 47

25 El papel de la Investigación Operativa en este problema FUNCIÓN OBJETIVO La función objetivo seleccionada puede incluir cinco objetivos jerarquizados: (a) coste de construcción, (b) máximo tiempo de viaje relativo ε, (c) suma de los tiempos de viaje relativos, (d) ahorro de combustible y (e) suma de holguras de las horas de salida. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 21 / 47 El papel de la Investigación Operativa en este problema FUNCIÓN OBJETIVO La función objetivo seleccionada puede incluir cinco objetivos jerarquizados: (a) coste de construcción, (b) máximo tiempo de viaje relativo ε, (c) suma de los tiempos de viaje relativos, (d) ahorro de combustible y (e) suma de holguras de las horas de salida. Por tanto, la función objetivo de nuestro problema puede elegirse como: donde Min b,s,e,r,t,x,y,η Z = c(b) + α 1 ε + α 2 f(e,s) α 3 g(e,s) + α 4 p(e,s) (24) c(b) = j (1 b j ) STC j + b j DTC j : Coste construcción (25) ε = máx i I [ γ i s i,last e i,1 t 0 i f(e,s) = e i,last s i,1 γ i t 0 i I i g(e,s) = ( ) ei,k s i,k 1 i I,k p(e,s) = i I ] : Máximo tiempo relativo (26) : Suma tiempos relativos (27) : Suma de tiempos circulando (28) r 0i r i : Suma holgura de horas salida (29) ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 21 / 47

26 PAQUETE DE SOFTWARE PARA OPTIMIZAR LINEAS FERROVIARIAS Aplicación informática PANTALLA INICIAL A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 23 / 47

27 Aplicación informática ELEMENTOS ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 24 / 47 Aplicación informática NODOS ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 25 / 47

28 Aplicación informática SEGMENTOS ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 26 / 47 Aplicación informática RUTAS ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 27 / 47

29 Aplicación informática TIEMPOSDESEGURIDAD ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 28 / 47 Aplicación informática VELOCIDADES ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 29 / 47

30 Aplicación informática TRENES ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 30 / 47 Aplicación informática SERVICIOS ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 31 / 47

31 Aplicación informática SERVICIOS ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 32 / 47 Aplicación informática EJECUCIÓN ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 33 / 47

32 Colaboración con instituciones Análisis de las diferentes soluciones estudiadas Colaboración con el gobierno de Cantabria y el Ministerio de Fomento ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 34 / 47 Colaboración con instituciones Análisis de las diferentes soluciones estudiadas Tabla de soluciones con tiempos de viaje y costes Tiempos de viaje y costes TABLA MOSTRANDO LAS DIFERENTES SOLUCIONES EN FUNCIÓN DEL PRESUPUESTO JUNTO CON LOS TIEMPOS DE VIAJE SANTANDER-PALENCIA ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 35 / 47

33 Colaboración con instituciones Análisis de las diferentes soluciones estudiadas Tabla de soluciones con tiempos de viaje y costes Tiempos de viaje y costes GRÁFICO TIEMPO DE VIAJE-PRESUPUESTO La figura muestra cómo cambia el presupuesto al reducir el tiempo de viaje (en horas). ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 36 / 47 Colaboración con instituciones Análisis de las diferentes soluciones estudiadas Tabla de soluciones con tiempos de viaje y costes Tiempos de viaje y costes TIEMPOS DE VIAJE Y COSTES DE LAS DIFERENTES SOLUCIONES ANALIZADAS Caso Tiempo Viaje Medio Pasajeros Santander Palencia Santander Valladolid Santander Madrid Coste Doble 1 h 3 min 1 h 27 min 2 h 31 min h 3 min 1 h 27 min 2 h 31 min h 8 min 1 h 32 min 2 h 36 min h 9 min 1 h 33 min 2 h 37 min h 16 min 1 h 40 min 2 h 44 min h 25 min 1 h 49 min 2 h 53 min h 30 min 1 h 54 min 2 h 58 min h 46 min 2 h 10 min 3 h 14 min 56 Actualidad 2 h 50 min 3 h 33 min 4 h 41 min Como consecuencia de este estudio previo, el gobierno de Cantabria cambia de forma de pensar y encarga el estudio de la solución cuyo coste es 334 Millones de euros. ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 37 / 47

34 Solución propuesta Internacionalización Esquema de la línea Actuaciones Los tramos en color verde van en vía doble. EJEMPLO DE DIAGRAMA DE CIRCULACIÓN RESULTANTE CON 8 TRENES MÁS DE LARGA DISTANCIA: SANTANDER-PALENCIA Santander Valdecilla Boo Maliano MuriedasBahi NuevaMontana Guarnizo Parbayon Renedo Viono Zurita Torrelavega Viernoles DesvioTorSan Sierrapando Caldas Corrales Lombera Fraguas Arenas SantaCruz Molledo Barcena Cobejo Pujayo Montabliz Pesquera Lantueno Reinosa Rio Sopena Pozazal DesvioCdRA Desvio Muñeca Mataporquera DesvioCdRB Quintanilla Aguilar TunelMaveA TunelMaveB Villaescus Mave T4 Alar Herrera T3 Espinosa Osorno T2 Fromista Pina Amusco T1 Monzon ElCarrion Palencia ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 38 / 47 Solución propuesta Internacionalización Esquema de la línea Actuaciones VIA ALTERNADA Via Alteranda Palencia- Alar de Rey Santander Duplicación Vía Convencional Torrelavega Pesquera Las Fraguas Reinosa Sopeña Vía Unica Duplicación Via Actual Torrelavega Santander Aguilar de Campoo Alar del Rey Espinosa Frómista Palencia Duplicación Vía Convencional Km ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 39 / 47

35 Solución propuesta Internacionalización Esquema de la línea Actuaciones RECTIFICACIÓN DE CURVAS Rectificación Curvas Villaescusa de las Torres Santander Torrelavega Pesquera Las Fraguas Reinosa Sopeña Rectificación Curva La Muñeca Aguilar de Campoo Alar del Rey Espinosa Frómista Palencia Km ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 40 / 47 Solución propuesta Internacionalización Esquema de la línea Actuaciones SUPRESIÓN DE PASOS A NIVEL Supresión Pasos a Nivel Santander Torrelavega Las Fraguas Pesquera Reinosa Sopeña Aguilar de Campoo Alar del Rey Espinosa Frómista Palencia Km ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 41 / 47

36 Solución propuesta Internacionalización A LARGAMIENTO Esquema de la línea Actuaciones DE VÍAS EN ESTACIONES Alargamiento de vías en estaciones para trenes largos (750m) Pesquera Santander Torrelavega Pesquera Las Fraguas Reinosa Sopeña Aguilar de Campoo Alar del Rey Espinosa Frómista Palencia Km A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA Solución propuesta Internacionalización C ONJUNTO 42 / 47 Esquema de la línea Actuaciones DE ACTUACIONES Rectificación Curvas La Muñeca Villaescusa de las Torres Supresión Pasos a Nivel Santander Torrelavega Pesquera Via Alteranda Palencia- Alar de Rey Las Fraguas Reinosa Sopeña Duplicación Via Actual Torrelavega Santander Aguilar de Campoo Alar del Rey Espinosa Frómista Mejora Estaciones Trenes Largos (750m) Palencia 5 0 A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 5 Km 43 / 47

37 Solución propuesta Internacionalización Líneas extranjeras en las que puede aplicarse esta solución Internacionalización del proyecto ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 44 / 47 Solución propuesta Internacionalización Líneas extranjeras en las que puede aplicarse esta solución ALGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 45 / 47

38 Solución propuesta Internacionalización Líneas extranjeras en las que puede aplicarse esta solución A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 46 / 47 Fin MUCHAS GRACIAS GRACIAS A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA 47 / 47