UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI DEPARTAMENTO DE INGENIERíA CIVIL. VIAS DE COMUNICACION I Apuntes de clases Andreina Narváez

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1 UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI DEPARTAMENTO DE INGENIERíA CIVIL VIAS DE COMUNICACION I Apuntes de clases Andreina Narváez I-2010

2 UNIDAD I. Conceptos de Transporte 1.1 El proceso de planificación de transporte Para conseguir que las carreteras se construyan y desempeñen adecuadamente su función es necesario desarrollar una serie de actividades, que abarcan desde la preparación de planes para el desarrollo de las redes viarias en el futuro hasta las labores de conservación y explotación de las carreteras existentes, pasando por el proyecto y construcción de nuevas vías. A continuación se presenta un resumen de las actividades que se expondrán en detalle más adelante durante el semestre La planificación de las redes viarias Las carreteras de una región o de un país forman una red viaria, y las actuaciones que se lleven a cabo en una de ellas repercuten en todas las demás vías de la red. Por ello, antes de iniciar nuevas actuaciones en cualquier tramo de esa red es necesario disponer de una imagen de lo que se pretende que sea en el futuro. Es decir, que las actuaciones tienen que formar parte de un plan general para toda la red. La preparación y desarrollo de esos planes es la labor de la planificación de carreteras. Para preparar un plan de actuaciones en una red de carreteras hay que establecer unos objetivos que definan lo que se quiere conseguir (fig.1.1). Estos objetivos tienen que ser suficientemente concretos para que puedan servir de guía en el desarrollo de la planificación y, posteriormente, para comprobar si efectivamente se han conseguido con las actuaciones realizadas. Además, habrá que establecer un plazo en el que se deberían haber conseguido los objetivos propuestos, plazo que no podrá ser menor que el tiempo que se necesita para desarrollar las actuaciones planificadas, ni tan largo que haga imposible prever la situación a su término. Este es un objetivo evidente, pero no es el único. Además, habrá que limitar el impacto que la carretera y los vehículos que circulan en ella puedan tener sobre el medio ambiente, así como evitar que se causen perjuicios a las personas que tienen su residencia cerca de la carretera, tanto durante su construcción como posteriormente durante su explotación. Establecidos los objetivos, hay que examinar la situación actual de la red para determinar los tramos en los que no se alcanzan. Además hay que conocer los tramos que no cumplirán en el futuro, aunque lo hagan en el momento presente. Para ello será preciso realizar previsiones sobre 2

3 la evolución de la red y del volumen de tránsito que va a soportar, previsiones que suelen tener un cierto grado de incertidumbre. Figura 1.1. Elementos de un plan de actuaciones en una red de carreteras Una vez conocidos los tramos de la red que no cumplirán con los objetivos planteados, habrá que pensar qué actuaciones serán necesarias para conseguir que esos objetivos se cumplan. Normalmente, no suele haber una sola solución para los problemas planteados, sino que es posible diseñar diversas medidas alternativas que permitan conseguir los objetivos propuestos. Por ejemplo, si un tramo de carretera no tiene la capacidad suficiente para absorber la demanda de tránsito prevista, puede resolverse la situación construyendo una nueva carretera, pero también se puede aumentar la capacidad de la carretera existente, bien sea modificando la infraestructura o introduciendo medidas de ordenación y control de la circulación. Incluso es posible mejorar indirectamente la situación en la carretera mejorando el funcionamiento de otro medio de transporte, que podría atraer usuarios de la carretera si la calidad de su oferta mejorara. En consecuencia, para cada problema detectado se desarrollarán una serie de medidas alternativas, y habrá que elegir la más conveniente. Se necesita, por tanto, un procedimiento de evaluación de alternativas que tenga en cuenta por una parte el costo de la realización de la alternativa, y por otra el grado de cumplimiento de los objetivos propuestos. A partir de esta evaluación se procede a la selección de las alternativas más convenientes para cada problema planteado. El conjunto de actuaciones seleccionadas para conseguir que la red satisfaga los objetivos propuestos formará el plan de actuaciones resultante de la planificación. Este conjunto de actuaciones tienen que acompañarse con una programación que detalle como irán desarrollándose a lo largo del tiempo, y con una evaluación de los recursos que serán necesarios para ello. Una vez iniciado el desarrollo del plan hay que seguir su desarrollo y observar cómo evoluciona el estado de la red y como va adaptándose a los objetivos previstos. Cuando se presenten desviaciones respecto de lo previsto en el plan, o cuando se observe que 3

4 ciertas actuaciones no consiguen los resultados previstos, será necesario introducir modificaciones para adaptar el desarrollo del plan a las nuevas circunstancias. La planificación es responsabilidad de los organismos con competencias sobre la red, aunque normalmente colaboran con ellos empresas consultoras, para tareas tales como la previsión de las condiciones futuras o la evaluación de alternativas. Pero el establecimiento de los objetivos y la selección definitiva de las actuaciones que se incluyen en el plan las lleva a cabo directamente el organismo encargado de la gestión de la red. La planificación de las redes de carreteras no puede ser independiente de la planificación de los demás modos de transporte, ni de la planificación de la ordenación territorial y de los usos del suelo, ni de la planificación general de las actividades económicas. Normalmente, los encargados de la planificación de carreteras tienen que conocer los resultados de esas otras planificaciones para poder realizar sus previsiones y, a la inversa, los resultados de la planificación de la red de carreteras se utilizarán en otras planificaciones Proyecto de carreteras Para llevar a cabo las actuaciones previstas en un plan es necesario redactar un proyecto que especifique las características de la actuación y las condiciones en que debe llevarse a cabo, de forma que pueda servir de referencia para su realización. En el caso de la construcción de una nueva carretera, el proyecto debe incluir: El trazado de la carretera, que definirá su forma y la franja de terreno que ocupará. Las explanaciones y las estructuras necesarias para formar la plataforma de la carretera. Los elementos necesarios para el desagüe y el drenaje de la carretera. Las características de los firmes y los pavimentos. Los elementos de señalización, balizamiento y defensa. Las instalaciones auxiliares: iluminación, comunicación, etc. Antes de realizar el proyecto definitivo se suelen realizar unos estudios en los que se consideran con cierto detalle soluciones alternativas para valorar la más conveniente. Particular importancia tienen los estudios informativos, que se someten a información pública para que todas las personas que se consideren afectadas por la actuación puedan presentar sus alegatos. Además el estudio informativo contiene un estudio de impacto ambiental, que sirve de base para una declaración del impacto ambiental en la que se proponen medidas para la corrección de los 4

5 efectos negativos. Los resultados de la información pública y de la declaración del impacto ambiental se incorporarán al proyecto definitivo. Una vez realizados estos estudios, es habitual elaborar en primer lugar el denominado proyecto de trazado, en el que se determina el terreno que se ha de ocupar y los bienes y servicios que se verán afectados por la carretera. El objeto de este proyecto es permitir el inicio de las expropiaciones, para que el terreno necesario esté disponible al comienzo de la construcción. El proyecto definitivo se denomina proyecto de construcción porque contiene la definición contractual de todos los elementos necesarios para la construcción de la carretera. La preparación de un proyecto requiere la realización de una serie de trabajos y estudios previos. En primer lugar es necesario disponer de una cartografía adecuada. Con frecuencia, la cartografía existente es antigua o está poco detallada, por lo que se suele necesitar una específica para el proyecto. Además es necesario establecer unas bases de replanteo que permitan materializar en el terreno los planos del proyecto. Se deben conocer las características geológicas y geotécnicas del terreno que se atraviesa. Para ello será necesario reconocer el terreno y realizar los ensayos necesarios para la caracterización de los terrenos. Además se necesitará conocer las características climáticas de la zona: temperatura, pluviometría, etc., así como las características de los cursos de agua que atraviesen. Se precisa conocer la demanda de tránsito que soportará la carretera. Aunque en los estudios de planificación se obtienen unas estimaciones de la demanda futura, normalmente es necesario complementarlas con estudios más detallados que tengan en cuenta el tránsito local que no se tuvo en cuenta en la planificación de la red. Por ello, se suelen realizar estudios de tránsito que definen las demandas previsibles en los distintos tramos de la carretera. Los proyectos de modificación de las carreteras existentes son similares a los de las nuevas construcciones si las variaciones de trazado afectan a tramos largos y obligan a tomar terrenos fuera del dominio público. Para las modificaciones menos importantes, la preparación del proyecto puede ser más sencilla y no requerir información pública, ni declaración del impacto ambiental ni unos estudios de terreno tan completos. El proyecto de una carretera es competencia de los organismos encargados de su gestión. Con frecuencia estos organismos recurren a empresas especializadas en la redacción de proyectos de carreteras, que disponen de medios para realizar todos los estudios necesarios. La intervención de 5

6 empresas especializadas es especialmente necesaria si el proyecto incluye algún elemento especial: un gran viaducto, un túnel largo, etc. El organismo encargado de las carreteras supervisa la tarea de los proyectistas y establece las condiciones que ha de cumplir el proyecto Construcción de carreteras La construcción de una carretera requiere de un conjunto de operaciones que transformen una faja de terreno en una vía por la que puedan circular vehículos automotores. Estas operaciones incluyen entre otras: El replanteo del eje El desmonte del terreno y la retirada de servicios. La preparación de caminos de acceso y de suministro de materiales. Las obras de desagüe y drenaje. La excavación de desmontes y la formación de rellenos. La construcción de estructuras y obras de paso. La fabricación y puesta en obra de los firmes La colocación de las dotaciones viarias. La limpieza y terminación de la obra. Al tratarse de una obra lineal, las distintas operaciones se van realizando sucesivamente a lo largo del trazado; por lo que si el tramo en construcción es largo, se puede poner en servicio una parte mientras otras están aún en construcción. Ese carácter lineal puede hacer necesaria la construcción de caminos auxiliares que permitan moverse a los equipos y el traslado de los materiales conforme avanza la obra. Por otra parte, el clima influye mucho en el desarrollo y los resultados de las operaciones de construcción. Algunas operaciones no pueden realizarse en época de lluvia. Por ello, la programación de las obras de construcción se complica al tener que eliminar los períodos en los que es grande el riesgo de que los fenómenos meteorológicos perturben la marcha de las obras. Las operaciones de construcción las llevan a cabo empresas constructoras a las que se contrata la realización de las obras. Generalmente la administración convoca una licitación para la adjudicación del contrato, estableciendo las condiciones que servirán para seleccionar la oferta adjudicataria. Las empresas interesadas presentan sus ofertas indicando el presupuesto y el plazo en que esperan realizar la obra. 6

7 Una vez adjudicada la obra y comenzada la construcción, la administración se encarga de comprobar que se realiza siguiendo el proyecto y las prescripciones establecidas en el contrato. Para ello es necesario realizar mediciones y ensayos, que la administración puede realizar con sus propios medios o encomendar a empresas especializadas, que evidentemente deben ser independientes de la empresa constructora. Ésta por su parte también tiene que realizar ensayos para comprobar que se consigue la calidad exigida por la administración, independientemente de la vigilancia que ésta realice Operación o explotación Dentro de la operación o explotación se incluyen las actividades destinadas a mejorar la circulación, bien sea eliminando obstáculos sobre la carretera debidos a incidencias relacionadas con la propia circulación o con fenómenos meteorológicos, o bien adoptando medidas que ordenen la circulación, o bien suministrando a los conductores informaciones que les ayuden a realizar su tarea. Estas actividades no suelen requerir actuaciones sobre la infraestructura, sino que suelen consistir en la colocación de señales, la introducción de medidas de ordenación de la circulación y control del tránsito, la limpieza del pavimento, etc. Dentro de las actividades de la operación se incluyen las destinadas a la defensa y protección de la propia carretera, evitando la utilización indebida de sus zonas de influencia, regulando el número y tipo de los accesos, evitando la circulación de vehículos que no cumplan las condiciones requeridas, etc. Para que las actividades de explotación se desarrollen correctamente, es necesaria una labor de observación de las condiciones de la circulación. Para ello se instalan detectores que permiten conocer las características de la circulación, midiendo la intensidad del tránsito, la velocidad de los vehículos, etc. También es preciso tener sistemas que permitan conocer las incidencias que se presenta, y equipos preparados para resolverlas. Un aspecto muy importante de la explotación es la vigilancia de la circulación, y especialmente la del comportamiento de los conductores. Los conductores deben circular siguiendo los preceptos que establece la legislación, y teniendo en cuenta las indicaciones de las señalizaciones de la carretera. Los vehículos que circulen sin atenerse a estas prescripciones suponen un peligro para el resto de la circulación, por lo que es necesaria una labor de vigilancia y represión. Ésta es la tarea de la policía de tránsito, y de poner en práctica medidas temporales de regulación en caso de incidentes. 7

8 Para los encargados de la explotación de carreteras, un objetivo básico es el de aumentar la seguridad de la circulación. La mayor parte de los accidentes se producen por errores de los conductores, por lo que para reducir los accidentes hay que evitar los errores. Para ello hay que impedir, a través de la legislación y de la señalización, la realización de maniobras que puedan ser peligrosas, pero además hay que suministrar información a los conductores para ayudarles a tomar decisiones correctas durante sus recorridos por las carreteras. El desarrollo de la informática y las telecomunicaciones hace posible la utilización de sistemas de información al usuario cada vez más complejos Mantenimiento La circulación por una carretera puede verse afectada por distintas razones: incidentes de la propia circulación como las averías de vehículos, o los choques entre ellos, dan lugar a obstáculos a la circulación mientras los vehículos afectados permanecen sobre la calzada; otras veces fenómenos meteorológicos como la nieve o el hielo reducen la capacidad de las vías. Además, la superficie de rodamiento o firmes, tienden a degradarse por la acción del tráfico, y si no se reparan a tiempo llegan a ser prácticamente intransitables. Por tanto, una vez terminada la construcción, es necesario seguir prestando atención a la carretera para mantenerla en un estado aceptable. Las actividades necesarias para mantener en buen estado las infraestructuras se incluyen dentro de la conservación de la carretera. Estas actividades son de tipo constructivo, ya que se trata de reparar o reforzar elementos de la infraestructura. Es necesario que las actuaciones de conservación se lleven a cabo antes de que se presenten averías importantes. Por ello es necesario mantener constantemente un control del estado de la carretera, mediante observaciones y auscultaciones que permitan detectar los puntos débiles antes de que se produzca un fallo. Los resultados de estas inspecciones sirven de base para la preparación de las actividades de conservación o mantenimiento. Las actuaciones de conservación son muy variables, desde pequeñas operaciones de saneamiento a refuerzos de la capa de rodamiento antes de que se sobrepase su vida útil. Los equipos que llevan a cabo estas operaciones son muy distintos. Las actuaciones más sencillas las llevan a cabo pequeñas brigadas cuya principal característica es su disponibilidad inmediata y una buena movilidad que les permita llegar rápidamente a los lugares 8

9 de actuación. En cambio, otras operaciones como el refuerzo de firmes tienen características similares a las de construcción. 1.2 El Transporte Definición y funciones del transporte El transporte se refiere al movimiento de personas y bienes de un sitio a otro en forma eficiente y segura. Por ejemplo, un productor agrícola debe transportar sus productos al lugar de mercadeo, un médico debe movilizarse para visitar un paciente en su casa o en el hospital, y un vendedor debe visitar sus clientes en cualquier territorio. Cada día millones de personas se movilizan desde sus casas a sus sitios de trabajo. Esta movilización puede hacerse mediante diferentes sistemas Clasificación de los sistemas de transporte Según la naturaleza de las vías empleadas para hacer el traslado de las personas o bienes, los transportes se clasifican en tres grandes grupos: Transporte terrestre, que comprende esencialmente el transporte carretero y el transporte ferroviario. Transporte acuático, que puede ser por mar o por aguas interiores, como ríos y lagos. Transporte aéreo (por avión, helicóptero, globo, etc.). Los transportes terrestres pueden ser: a. Por vías no acondicionadas o poco acondicionadas, como son los transportes primitivos que se realizan a lomo de animales o arrastrando la carga sobre el terreno b. Por carreteras o vías especialmente acondicionadas, sobre las cuales se mueven por rodamiento de vehículos automotores. c. Sobre vías férreas o ferrocarriles, sobre las cuales se mueven trenes de vagones que transportan la carga por rodamiento, arrastrados por una locomotora Modos de transporte Dentro de cada sistema de transporte es posible apreciar diferentes modos de transporte que se diferencian sustancialmente unos de otros en cuanto a: 9

10 1. El derecho de vía: exclusiva o compartida con otro tráfico. 2. La tecnología del vehículo y sus vías: tipo de apoyo, guía, propulsión y control. 3. Tipo de servicio prestado: rutas, itinerarios, tiempo de operación, transporte individual o colectivo. A continuación, se mencionan los modos más representativos dentro de cada sistema mencionado anteriormente. Transporte carretero: motocicletas, automóvil particular, libre, por puesto, minibús, autobús, trolebús, vehículos rústicos, camiones, etc. Transporte ferroviario: tranvía, metro, semimetro, ferrocarril, monorriel. Transporte acuático: gabarras, canoas, curiaras, lanchas, ferris o transbordadores, tanqueros, cruceros, etc. Transporte aéreo: aviones, globos, cohetes, dirigibles helicópteros, etc. Transporte de flujo continuo: tuberías, correas transportadoras, teleféricos, ascensores, etc. Transporte no motorizado: tracción de sangre, peatones. 1.3 Funciones de las vias Clasificación Vial. Las vías se clasifican de diferentes formas, dependiendo de: Propietario: administrativa. Troncales, locales, ramales y subramales Ubicación: urbanas y rurales Tipo de superficie: pavimentadas, engranzonadas, de tierra Tipo de divisoria: divididas y no divididas Función: arteriales, colectoras y locales. Las publicaciones de la AASHTO (American Association of State Highways and Transportation Officials) han enfatizado siempre el concepto de clasificación funcional ya que el diseño AASHTO está basado en la clasificación funcional de las vías. De la misma forma, las normas venezolanas enfatizan el concepto de clasificación funcional. Este concepto está basado en el carácter de servicio o función que presta la vía. Estas funciones son: movilidad y accesibilidad. La accesibilidad se refiere a proveer entradas y salidas a las propiedades adyacentes localizadas a lo largo de la vía (fig. 1.2). 10

11 Acceso a las propiedades adyacentes Accessibilidad Figura 1.2. Función de movilidad La función de movilidad, al contrario de la accesibilidad, se refiere a proveer fluidez y rapidez de movimiento en las vías (fig. 1.3). Movimiento de personas y bienes Movilidad Figura 1.3. Función de movilidad Ambas funciones son contrapuestas, entre más accesibilidad ofrece la vía, menos movilidad provee y viceversa. El grado de movilidad se representa por el volumen de paso, la velocidad de operación y por la comodidad y seguridad cuando se viaja. El grado de accesibilidad está representado por la cantidad de entradas y salidas a las propiedades adyacentes a la vía. 11

12 Jerarquías de movimiento. El concepto de clasificación funcional está basado en la jerarquía de movimientos. Estos se refieren al concepto de que un viaje puede ser dividido en seis distintos componentes: Movimiento principal Transición Distribución Recolección Acceso Terminación Hipotéticamente, cada una de las seis etapas de un viaje típico es manejada por vías diferentes, diseñadas específicamente para esa función. En la práctica no siempre es asi. No reconocer cada una de estas jerarquías es causa de problemas tales como congestión u obsolescencia. El concepto de clasificación funcional reconoce esta jerarquía Diferentes tipos de vías se usan para diferentes propósitos La accesibilidad está en conflicto con la movilidad. Cómo estos conceptos influencian el diseño? Las personas viajan en forma diferente durante diferentes partes de su viaje. Cuando los viajes son largos, las personas quieren viajar rápido y sin interrupciones. Cuando los destinos están cerca de los orígenes pudiera ser aceptable viajar más lento o tener más interrupciones. El diseño de vías con alto volumen y altas velocidades es diferente de las vías con bajo volumen y baja velocidad. En conclusión: la clasificación funcional se usa para determinar la velocidad de diseño y el tipo de vía (elementos y dimensiones) Categorías según la Función. La clasificación funcional es el proceso mediante el cual las vías, bien sean urbanas o rurales, son agrupadas en clases o sistemas, de acuerdo al tipo de volumen servido. Existen tres tipos de vías de acuerdo a la función: arterial, colectora y local. Todas las vías están agrupadas en una de 12

13 estas clases dependiendo del tipo de tránsito servido (local o larga distancia) y el grado de acceso que ellas permiten. Arterial: son vías cuya función principal es la de movilidad; en comparación con las otras vías, presentan una baja proporción de kilómetros y alta proporción de volumen-km; los viajes son relativamente largos con alto volumen de tránsito de paso. Colectoras: su función es de recolección y distribución. Permiten cierto grado de accesibilidad y movilidad. El volumen vehicular es dirigido desde o hacia vías de mayor jerarquía (de arteriales a locales o viceversa). Locales: cumplen una función de accesibilidad. Las longitudes de viaje son cortas y no permite viajes de paso. En comparación con las otras vías, presentan una alta proporción de kilómetros y baja proporción de volumen-km. La siguiente figura (fig. 1.4) muestra que existe una relación entre el tipo de vía y la función que ésta provee. Así, las vías arteriales proveen alto grado de movilidad y alto grado de control de accesos, mientras que las vías locales proveen un alto grado de acceso con un bajo nivel de movilidad. Las vías colectoras proveen un balance entre movilidad y accesibilidad. Movilidad Arteriales Colectoras Accesibilidad Locales Figura 1.4. Clasificación funcional de un sistema vial 13

14 rural. La clasificación funcional de las vías depende del ámbito donde se desarrolla la vía: urbano o Clasificación funcional de las vías urbanas Vías arteriales: este sistema sirve de interconexión de los principales generadores de viaje de la ciudad. Poseen un alto volumen de tránsito de paso. La longitud de viajes es larga y manejan altos volúmenes de tránsito. La accesibilidad está limitada en este tipo de vías. Vías colectoras: son vías que dan acceso directo a las parcelas adyacentes y distribuyen o recogen el volumen proveniente de vías locales hacia las arteriales o viceversa. El tránsito de paso es generalmente bajo y la longitud de los viajes es por lo general corta. Vías locales: este tipo de vías proveen una función de accesibilidad. Su función es dar acceso a las propiedades adyacentes a la vía. No existe tránsito de paso y la longitud del viaje es relativamente corta y de carácter local Clasificación funcional de las vías rurales Vías arteriales: este sistema sirve para conectar las grandes ciudades, centros poblados y otros generadores de viaje. Sirve a viajes largos. Son de carácter interestatal. Vías colectoras: son vías para el servicio de pequeñas áreas pobladas. Dan acceso directo a las propiedades adyacentes y pequeños pueblos, caseríos, centros de producción, industrias y otros generadores de tránsito. Recogen y distribuyen el tránsito desde las vías locales hacia y desde vías de más importancia. Vías locales: son vías cuya función primordial es el acceso a las tierras adyacentes y a pequeños pueblos, caseríos, centros de producción, industrias y otros generadores de tránsito Clasificación oficial Los organismos oficiales de Venezuela clasifican las carreteras rurales de la siguiente manera: Troncales: vías que contribuyen a la integración nacional y al desarrollo económico del país; proveen la interconexión regional y la comunicación internacional. Absorben altos volúmenes de tránsito entre los centros poblados de mayor importancia del país. Son vías de alcance nacional. 14

15 Locales: vías de interés regional, pues permiten la comunicación entre centros poblados y vías de mayor importancia y reúnen el tránsito proveniente de ramales y subramales. Son vías de alcance estatal. Ramales: vías de interés local que intercomunican centros poblados de menor importancia y proveen acceso de éstos a vías principales. Tienen la función de recolectar el tránsito proveniente de fundos, sitios aislados y centros de producción, etc. y drenarlos hacia vías del sistema primario. Subramales: vías que proveen acceso a fundos y otras explotaciones y centros aislados y además cumplen con la finalidad de incorporar al país regiones completamente aisladas Distribución típica de vías según su función Tipo de vía Porcentaje de longitud total Arteriales 8 16 % Colectoras % Locales % Clasificación según el diseño o la geometría Autopistas: divisoria física continua, control total de accesos, velocidades de diseño altas, intersecciones resueltas a desnivel. Vías expresas: divisoria física con aberturas ocasionales, control parcial de accesos. Avenidas: vías con divisoria física y accesos controlados mediante señales o semáforos. Calles: uno o dos canales, uno o dos sentidos de circulación, vehículo de diseño rige el diseño de estas vías, control con señales o semáforos. Carreteras: Son vías sin divisoria física entre los sentidos del tránsito. La calzada puede tener más de un canal por sentido. 15