Operación y Control de Sistemas de Transporte

Notas de Clase Operación y Control de Sistemas de Transporte Ing. Roberto D. Agosta robertoagosta@alum.calberkeley.org Ing. Arturo Papazian apapazian@fi.uba.ar 1

Contenido - Conceptos básicos. - Sistemas de tráfico programado. - Sistemas de tráfico no programado. - Análisis del tránsito carretero. 2

Contenido - Conceptos básicos. - Sistemas de tráfico programado. - Sistemas de tráfico no programado. - Análisis del tránsito carretero. 3

Cinemática del vehículo aislado v = dx / dt a = dv / dt v dv = a dx Si a = cte ½ (v 2 v 02 ) = a (x x 0 ) x = ½ a t 2 + v 0 t + x 0 Si a = A B v v = (A/B) (1 e Bt ) + v 0 e -Bt x = (A/B) t (A/B 2 ) (1 e Bt ) + (v 0 / B) (1 - e -Bt ) a A v A/B x B A/B v v 0 t t 4

Aceleración y desaceleración 5

Variables Principales MICROSCÓPICAS: de los vehículos Espaciamiento (spacing) Intervalo (headway) Velocidad (speed) MACROSCÓPICAS: del conjunto de vehículos Volumen (flow): Cantidad de vehículos pasantes por un cierto punto durante un determinado período de tiempo. q = N / T (veh/hora) Concentración (concentration) o Densidad: Relación entre la cantidad de vehículos en un determinado segmento de la vía y la longitud del segmento. k = N / L (veh/km) Velocidad media (mean speed) 6

Velocidad Media Temporal Promedio de las velocidades de los vehículos en un punto (mean time speed): u t = N i= 1 x i N t u = 1 N t u i N i= 1 Media aritmética u 1 u 2 u 3 Donde: N = número de vehículos en el intervalo t t = intervalo de tiempo fijo x i = distancia recorrida por el vehículo i en el intervalo t 7

Velocidad Media Espacial Promedio de las velocidades de los vehículos en una sección (mean space speed): u s N x = N i= 1 t i u s = N i= 1 N 1 / u i Media armónica u 1 u 2 u 4 u 3 u 5 Donde: N = número de vehículos en el segmento de longitud x t i = intervalo de tiempo que tarda el vehículo i en recorrer la distancia x x = distancia fija x 8

Comparación numérica de velocidades Vehículo Nro. Velocidad 1/Velocidad 1 50 0,0200 2 55 0,0182 3 70 0,0143 4 100 0,0100 5 80 0,0125 6 90 0,0111 7 50 0,0200 8 30 0,0333 9 55 0,0182 10 40 0,0250 Suma VMT VME 620 62 0,1826 55 Si u i = cte En general: u t = u s u s < u t 9

Relación entre variables Micro y Macro u 2 1 s i L 1 Espaciamiento medio s = = = N N k h i T 1 Intervalo medio h = = = N N q s u Ejemplo: FLUJO SIN SOBREPASO CON ESPACIAMIENTO CONSTANTE Datos: s = 50 m u = 72 km/h = 20 m/s Concentración: k = 1/ 50m = 0,02 veh/m = 20 veh/km Intervalo: h = 50m / 20m/s = 2,5s Relación con la velocidad h = s / u Volumen: q = 1 / 2,5s = 0,4 veh/s = 1440 veh/h Por lo tanto q = k u (ecuación fundamental del flujo de tránsito) 10

Diagramas espacio tiempo fotografía (velocidad media espacial: VME) observador estacionario (velocidad media temporal: VMT) Fuente: Transportation Egeneering & Planning, C.S. Papacostas y P.D. Prevedouros 11

Diagramas espacio tiempo Menor velocidad, mayor concentración 12

Diagramas espacio tiempo s L s i h i si L s = = = N N hi T h = = = N N 1 k 1 q T t 13

Tipificación operativa de los sistemas de transporte Compromiso operativo: Seguridad vs. Velocidad Formas de abordarlo: Programación operativa centralizada: sistemas sin capacidad de sobrepaso sobre la línea (sistemas guiados en general, ferrocarriles, canales, corredores aéreos, etc.) Toma de decisiones descentralizada: sistemas con capacidad de sobrepaso sobre la línea (carreteras, peatones, etc.). Tráfico no programado. 14

Contenido - Conceptos básicos. - Sistemas de tráfico programado. - Sistemas de tráfico no programado. - Análisis del tránsito carretero. 15

Diagrama espacio tiempo: via doble 16

Diagrama espacio tiempo: via única 17

Detección y secciones de bloqueo 18

Diseño del sistema: determinación del espaciamiento mínimo 2 1 NL s 2 1 2 1 u 2 ----- uδ u 2 ----- 2d D NL 2d s x 0 Espaciamiento mínimo: u 2 u 2 s = uδ + - + NL + x 0 2d s 2d D d s = desaceleración del vehículo posterior d D = desaceleración del vehículo anterior δ = tiempo de percepción y de reacción del vehículo posterior 19

Diseño del sistema: Regímenes de operación Régimen d D d s a d n b d e d n c d e d d D = d s e s/frenar Nota: Para d e < 2d n, el régimen c es más seguro que el régimen b. Ejemplo L = 25m N = 6 veh/tren X 0 = 5 m δ = 1 s d n =1,0 m/s 2 (normal) d e =1,2 m/s 2 (emerg.) s (metros) Espaciamiento vs Velocidad Régimen a Régimen b Régimen c Régimen d Régimen e 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 V (km/h) Fuente: C.S. Papacostas... Tabla 3.2.1 20

Espaciamiento vs. Velocidad Ejemplo L = 25m N = 6 veh/tren X 0 = 5 m δ = 1 s d n =1,0 m/s 2 d e =1,2 m/s 2 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 s (m) 0 20 40 60 80 100 120 140 s = f (v) v (km/h) Régimen a Régimen b Régimen c Régimen d 21

Concentración vs. Velocidad Ejemplo L = 25m N = 6 veh/tren X 0 = 5 m δ = 1 s d n =1,0 m/s 2 d e =1,2 m/s 2 7 6 5 4 3 k (veh/km) k = f (v) Régimen a Régimen b Régimen c Régimen d 2 1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 v (km/h) 22

Volumen vs. Velocidad Ejemplo L = 25m N = 6 veh/tren X 0 = 5 m δ = 1 s d n =1,0 m/s 2 d e =1,2 m/s 2 q = f (v) 800 q (veh/h) 700 600 Régimen a 500 Régimen b 400 Régimen c 300 Régimen d 200 100 0 v (km/h) 0 20 40 60 80 100 120 140 23

Expresiones finales para el diseño FLUJO NO INTERRUMPIDO FLUJO INTERRUMPIDO Espaciamiento: u 2 u 2 s = uδ + - + NL + x 0 2d S 2d D Intervalo: u u NL+x 0 h = δ + - + 2d S 2d D u Intervalo: 2NL 1/2 u u NL+x 0 h = t PE + ( ) + ( δ + - + ) a D 2d S 2d D u 24

Capacidad en vehículos Número máximo de vehículos o de unidades de tráfico (colectivos, trenes, etc.) que pueden pasar por un punto dado durante un cierto período de tiempo (en general, una hora). Es función de: Intervalo mínimo entre vehículos. Sistemas de control (de tráfico, señalamiento, etc.). Tiempos ascenso/descenso de pasajeros. Interacción con otros vehículos. 25

Capacidad en pasajeros Número máximo de pasajeros o de unidades de carga útil que pueden ser transportados durante un período de tiempo pasando por un punto dado, bajo condiciones operativas específicas, sin atraso, riesgo o restricción excesivos y con razonable certidumbre. un punto dado : Se calcula para una localización específica (un tramo del recorrido). condiciones operativas específicas : Depende de la cantidad y tamaño de los vehículos, del cuadro de horarios, etcétera. sin atraso excesivo : Requiere que la demora pudieran existir sean tolerables por los usuarios. Si bien la capacidad se maximiza con una cola constante que permita ocupar cada asiento disponible, ello incrementaría el tiempo de espera en las paradas. sin riesgo o restricción excesivos : Involucra restricciones asociadas a las condiciones de espacio en el vehículo, pasajeros parados, etcétera (comodidad y seguridad). razonable certidumbre : Contempla factores que no se encuentran bajo el control del operador (variaciones de demanda, congestión, etcétera). 26

Capacidad / Volumen Sistema de transporte masivo El transporte público masivo se caracteriza por ser un sistema que transporta un elevado número de pasajeros con un relativamente bajo número de vehículos. Por ello, el análisis se enfoca en la cantidad de pasajeros que pueden ser atendidos durante un período de tiempo, más que en la cantidad de vehículos que pueden circular por unidad de tiempo. Cuando se estudia el tránsito o flujo de vehículos carreteros, el análisis se centra en la cantidad de vehículos por unidad de tiempo (flujo o volumen). La capacidad es el máximo volumen horario, en pasajeros/hora ó en vehículos/hora. 27

Capacidad Sistema de transporte masivo Hipótesis: Capacidad = 2.300 veh/h-c 1 ómnibus equivale a 2 autos Coeficiente de ocupación: ómnibus = 47 pas. automóvil = 1,3 pas. Para 0 ómnibus: Capacidad = 2.300 veh/h-c Capacidad = 2.990 pas/h-c --- para 200 ómnibus Capacidad = 2.100 veh/h-c Capacidad = 11.870 pas/h-c --- para 1.150 ómnibus Capacidad = 1.150 veh/h-c Capacidad = 54.050 pas/h-c Fuente: Transit Capacity and Quality of Service Manual - 2 nd Edition - TRB 28

Capacidad Sistema de transporte masivo Fuente: Transit Capacity and Quality of Service Manual - 2 nd Edition - TRB 29

Capacidad Sistema de transporte masivo Fuente: Transit Capacity and Quality of Service Manual - 2 nd Edition - TRB 30

Capacidad Sistema de transporte masivo Fuente: Transit Capacity and Quality of Service Manual - 2 nd Edition - TRB 31

Capacidad Sistemas de transporte HIGHWAY CAPACITY MANUAL 2000 Transportation Research Board TRANSIT CAPACITY AND QUALITY OF SERVICE MANUAL (2nd Edition) Transportation Research Board http://www.trb.org/ 32

Capacidad Sistema de transporte masivo Factores que inciden en la capacidad: Características de los vehículos Características de la vía (circulación, señalamiento) Características de las detenciones Características operacionales Características del tránsito de pasajeros Características del tránsito en la vía Método de control del intervalo entre vehículos 33

Sistemas de transporte masivo Parámetros de diseño Máxima tasa de aceleración aceptada hasta 2,4 m/s 2 con pasajeros sentados únicamente hasta 1,5 m/s 2 con pasajeros parados Distancia entre estaciones Velocidad máxima de operación Velocidad comercial Frecuencia máxima 34

Ejemplo Análisis operacional de un sistema de transporte masivo Un sistema masivo de transporte urbano de pasajeros está diseñado para operar con una formación de coches de eléctricos guiados unidireccionalmente. Características del sistema: Velocidad máxima de operación - V MAX (km/h) Aceleración / deceleración de los coches - a, d (m/s2) Capacidad por coche - C S (pas. sentados) + C P (pas. parados) Longitud de cada coche - L (metros) Coches por tren - N (coches/tren) Frecuencia máxima que permite el sistema de señalamiento - f (trenes cada p minutos, o trenes por hora) El tiempo medio de parada en las estaciones es t PE (segundos) La demanda a transportar es D (pasajeros/hora-dirección) 35

Ejemplo Análisis operacional de un sistema de transporte masivo Calcular: Longitud mínima de plataforma de las estaciones. Distancia mínima entre estaciones (para alcanzar la velocidad máxima de operación). Velocidad promedio de marcha. Velocidad comercial. Ver bibliografía: Wright & Ashford, Transportation Engineering, Capítulo 4, Ejemplo 4-1 (página 106 y siguientes) 36

Ejemplo Análisis operacional de un sistema de transporte masivo Longitud mínima de plataforma de las estaciones Longitud del tren: Coches por tren: N [coches/tren] Longitud del coche: L [m] Longitud del tren: L T = L. N Longitud plataforma: Longitud del tren: L T [m] + Revancha: r [m] Longitud plataforma: L P = L. N + r 37

Curva de velocidad - distancia Análisis operacional de un sistema de transporte masivo 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Si D E > D E,MIN (curva roja) Si D E < D E,MIN (curva azul) v 2 MAX v 2 MAX D A = D F = 2a 2d D d n a D A = D E D F = D E a + d n a + d n 38

Ejemplo Análisis operacional de un sistema de transporte masivo Distancia mínima entre estaciones Distancia para alcanzar Vmax Aceleración a [m/s 2 ] Velocidad máxima V MAX [km/h] v MAX [m/s] = V mx / 3,6 Distancia aceleración D A [m] D A = v MAX2 / 2a Distancia de frenado Deceleración d [m/s 2 ] Distancia frenado D F [m] D F = v MAX2 / 2d Distancia mínima entre estaciones D E,MIN = D A + D F D E,MIN = 0,5 v MAX2 (1/a + 1/d) 39

Ejemplo Análisis operacional de un sistema de transporte masivo Velocidad promedio de marcha Tiempo p/acelerar t A = v MAX / a = (2D A /a) 1/2 (*) Tiempo a V MAX t R = D R / v MAX Tiempo p/frenar t F = v MAX / d = (2D F /d n ) 1/2 (*) v PM = D E / (t A + t R + t D ) Tiempo parada estación t P Velocidad comercial v COM = D E / (t A + t R + t D + t P ) (*) Si D E < D E,MIN no se alcanzará v MAX en ese caso, hay que calcular la v MAX del tramo, o utilizar la segunda parte de la expresión. 40

Contenido - Conceptos básicos. - Sistemas de tráfico programado. - Sistemas de tráfico no programado. - Análisis del tránsito carretero. 41

Flujo vehicular Características microscópicas y macroscópicas Volumen: es el número total de vehículos que pasan por un punto o sección de un carril o calzada durante un dado período de tiempo. Puede expresarse en vehículos anuales, diarios, horarios o períodos menores a una hora. Volumen horario equivalente: es la relación horaria equivalente a la cual los vehículos pasan por un punto o sección de carril, de un carril o de una calzada, durante un determinado período de tiempo, inferior a la hora (generalmente de 15 minutos). 42

Flujo vehicular Características microscópicas y macroscópicas Ejemplo: 8:00-8:15 1.000 veh. 8:15-8:30 1.200 veh. 8:30-8:45 1.100 veh. 8:45-9:00 1.000 veh. Volumen horario equivalente v = 4800 veh. 4.300 veh. Volumen, V Factor de Hora Pico (FHP): V volumen 4.300 FHP = ------ = --------------------------------------------------- = ------------- = 0,9 v volumen horario equivalente 4.800 43

Teoría del Flujo de Tráfico Ecuación fundamental: donde: q( veh / h ) = k( veh / km ) u q = flujo medio u s = velocidad media espacial k = densidad media S ( km / h ) sin sobrepaso = ecuación determinística con sobrepaso = ecuación estocástica 44

Teoría del Flujo de Tráfico Basada en la observación empírica. Para estudiar el comportamiento de los vehículos se utilizan magnitudes de flujo: volumen, espaciamiento, velocidad media y densidad. 45

Distribución de Poisson P(x) x P e λt ( λt) x! x ( x) = para _ x = 0,1,2,3,4,... = probabilidad de que se produzcan x arribos en un período t = cantidad de arribos t = periodo de tiempo analizado (en general unitario) λ = tasa promedio de arribos (flujo medio) e = 2,71828 Media Varianza xmed = λt σ2 = λt 46

Distribución Exponencial f(t) = función de densidad de probabilidad de dos eventos sucesivos a lo largo de un período t que responden a una distribución de Poisson F(t) = función acumulada de probabilidad de que existan dos eventos sucesivos t = periodo de tiempo analizado λ = tasa promedio de arribos (flujo medio) e = 2,71828 f(t) = λ e -λt F(t) = 1 - e -λt Media Varianza xmed= 1/ λ σ2= 1/ λ2 47

Distribución de Poisson DISTRIBUCION DE POISSON PARA λ = 2 0,3000 0,2500 PROBABILIDA 0,2000 0,1500 0,1000 0,0500 0,0000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 DISTRIBUCION 0,1353 0,2707 0,2707 0,1804 0,0902 0,0361 0,0120 0,0034 0,0009 0,0002 ARRIBOS/UNIDAD DE TIEMPO 48

Distribución de Poisson DISTRIBUCION DE POISSON PARA λ = 4 0,2500 0,2000 PROBABILIDA 0,1500 0,1000 0,0500 0,0000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 DISTRIBUCION 0,0183 0,0733 0,1465 0,1954 0,1954 0,1563 0,1042 0,0595 0,0298 0,0132 ARRIBOS/UNIDAD DE TIEMPO 49

Observaciones empíricas del tránsito Euclid entre Wine y Cedar (Berkeley, CA) Martes 8 de Octubre de 1982 (745 a 815) Período de tiempo t = 1 minuto t (min) Observadas Acumuladas Línea Recta 1 4 4 11 2 16 20 22 3 17 37 33 4 18 55 43 5 12 67 54 6 12 79 65 7 11 90 76 8 13 103 87 9 9 112 98 10 12 124 108 11 12 136 119 12 11 147 130 13 6 153 141 14 11 164 152 15 16 180 163 16 8 188 173 17 10 198 184 18 12 210 195 19 7 217 206 20 7 224 217 21 12 236 228 22 10 246 238 23 8 254 249 24 10 264 260 25 9 273 271 26 9 282 282 27 11 293 293 28 6 299 303 29 10 309 314 30 16 325 325 Suma 325 vehículos Media 10,8 vehículos/minuto Varianza 11,5 CV 1,06 50

Observado vs. Poisson Distribución de Probabilidad Tasa media de arribos (Flujo Medio) = 10,8 vehículos/minuto 25,0% Frecuencia Frecuencia Muestra Calculada Frecuencia Cálculo de x Absoluta Acumulada P(x) F(x) P(x) F(x) Calculada Chi-Cuadrado 1 0 0 0,0% 0% 0% 0% 0,0 0,01 2 0 0 0,0% 0% 0% 0% 0,0 0,03 3 0 0 0,0% 0% 0% 1% 0,1 0,13 4 1 1 3,3% 3% 1% 2% 0,3 1,28 5 0 1 0,0% 3% 2% 4% 0,7 0,74 6 2 3 6,7% 10% 4% 9% 1,3 0,34 7 2 5 6,7% 17% 7% 15% 2,1 0,00 8 2 7 6,7% 23% 9% 25% 2,8 0,22 9 3 10 10,0% 33% 11% 36% 3,4 0,04 10 4 14 13,3% 47% 12% 48% 3,6 0,04 11 4 18 13,3% 60% 12% 60% 3,6 0,05 12 6 24 20,0% 80% 11% 71% 3,2 2,38 13 1 25 3,3% 83% 9% 80% 2,7 1,06 14 0 25 0,0% 83% 7% 87% 2,1 2,08 15 0 25 0,0% 83% 5% 92% 1,5 1,50 16 3 28 10,0% 93% 3% 95% 1,0 3,86 17 1 29 3,3% 97% 2% 97% 0,6 0,19 18 1 30 3,3% 100% 1% 98% 0,4 0,95 19 0 30 0,0% 100% 1% 99% 0,2 0,22 20 0 30 0,0% 100% 0% 100% 0,1 0,12 30 15,24 Chi-Cuadrado GL18 P=99,5% 37,20 Porcentaje Porcentaje 20,0% 15,0% 10,0% 5,0% 0,0% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920 Cantidad de Eventos (x) Frecuencia Muestral Distribución de Poisson Probabilidad Acumulada 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920 Cantidad de Eventos (x) Distribución de Poisson Acumulada Muestral 51

Teoría del Flujo de Tráfico Modelo lineal u u f u u f u k = q u m u/q = 1/k u m q q A q m q k A k m k j k q m q A q/k = u u s k k A k m k j k 52

Gráfica de la ecuación fundamental 53

Relaciones experimentales 54

Relaciones experimentales 55

Medición por medio del vehículo móvil L 2 1 q Mp1 = Cantidad de vehículos que pasan al observador cuando circula en sentido 1. Ms1 = Cantidad de vehículos sobrepasados por el observador cuando circula en sentido 1. M2 = Cantidad de vehículos que el observador observa en el sentido 1 cuando circula en sentido 2. T1 = Tiempo demorado en circular en sentido 1. T2 = Tiempo demorado en circular en sentido 2. L = Longitud del segmento en estudio. q = Mp1 / T1 k = Ms1 / L = Ms1 / (V1.T1) M1 = Mp1 Ms1 = q.t1 - k.v1.t1 M1 / T1 = q - k.v1 Circulando en el otro sentido: q = (M1+ M2) / (T1 + T2) M2 / T2 = q + k.v2 M1 / T1 = q (q / u s ) (L / T1) u s = L / [ (q.t1 M1) / q ] Flujo analizado k = q / u s 56

Aplicación del vehículo móvil 57

Modelos de Flujos de Tránsito Modelo lineal (Greenshield) Modelos logarítmicos (Greenberg, Underwood) Modelos generalizados de régimen simple (Pipes-Munjal, Drew, Drake) Modelos multirégimen (Edie, Underwood, Dick) Modelos teóricos (car following modes) = fundamentos de los modelos microscópicos de simulación 58

Modelos de Flujos de Tránsito 59

Modelos de Flujos de Tránsito Modelo lineal u u 1 k = f k j 60

Modelos de Flujos de Tránsito Modelo logaritmico Greenberg: u = u m k ln k j Underwood: u = u f e k / km Greenberg muestra buenos resultados en situación próxima a la congestión. Underwood en caso de bajas densidades (con k 0). 61

Modelos de Flujos de Tránsito Modelo generalizado de regimen simple (Pipes y Munjal): u = u f 1 k k j n u u f n<1 n=1 n>1 k j k 62

Modelos de Flujos de Tránsito Modelos multirégimen Compuestos por combinaciones de modelos anteriores (por ejemplo, el modelo de Edie, compuesto por combinaciones de modelos logarítmicos). 63

Relación volumen-densidad parabólica: Reemplazando en q( veh / Modelos de Flujos de Tránsito u u k 1 k = f j h ) = u( km / h ) k( veh / km ) Modelo lineal se obtiene: q = u k = u f k k k 2 j Para obtener el máximo flujo, se plantea: dq = 0 dk k = k dq 2 k m u f 1 2 k m = = 0 1 dk k m = 0 j k j k m = k j 2 64

65 Relación volumen velocidad parabólica: = j f k k 1 u u = j f f k k u u u = f j u u 1 k k = = = f 2 j f j u u u k u u 1 k u k u q Modelos de Flujos de Tránsito Modelo parabólico

Capacidad y Nivel de Servicio La CAPACIDAD de un camino es el máximo volumen horario equivalente de peatones o vehículos que tiene una razonable probabilidad de pasar por un punto o una sección uniforme de un carril o de una calzada, durante un dado período de tiempo, bajo las condiciones prevalecientes de calzada, tránsito y control. El NIVEL DE SERVICIO es una medida cualitativa que caracteriza las condiciones de operación dentro de la corriente de tránsito y su percepción por parte de los conductores y pasajeros, generalmente en términos de velocidad, tiempos de viaje, libertad de maniobra, interrupción del tránsito y confort. 66

Capacidad y Niveles de Servicio (1965) 67

Capacidad y Niveles de Servicio (1965) 68

Capacidad Introducción La CAPACIDAD de un camino refleja su aptitud para dar cabida al flujo de tránsito, tanto vehicular como peatonal: es una medida de la oferta de ese camino. La demanda del camino está asociada a los vehículos que ingresan y aquellos que se alejan de la sección analizada. Es por ello que la capacidad de un camino es el elemento fundamental para lograr un adecuado diseño geométrico: es necesario un método práctico y racional para poder determinarla. 69

Capacidad Manual de Capacidad de Caminos - HCM 2000 HIGHWAY CAPACITY MANUAL 2000 Transportation Research Board (TRB) HCM 2000 Partiendo de los datos recogidos en el terreno, basados en estudios efectuados desde 1940 acerca de la velocidad y el espaciamiento entre los vehículos, así como de las relaciones entre el volumen de vehículos, su velocidad, y la densidad de tránsito, que fueron realizados en distintos caminos de los EEUU, se publicó en 1950 la primera edición del Manual. Le siguieron nuevas ediciones: 1965 (se introdujo el concepto de nivel de servicio), 1985 actualizada en 1992, 1994 y 1997 y la última versión del año 2000. 70

Capacidad Manual de Capacidad de Caminos Roberto D. Fuente: Agosta - Arturo Highway Papazian - Febrero Capacity de 2006Manual 2000 71

Variables que determinan la capacidad y el nivel de servicio Autopista (segmento básico): densidad volumen horario equivalente velocidad media de viaje Camino de dos carriles: porcentaje del tiempo perdido por viajar en pelotón velocidad media de viaje. 72

Factores que afectan la capacidad y el nivel de servicio Condiciones de calzada Condiciones del tránsito Condiciones de control Tipo de camino y el medio ambiente Ancho y cantidad de carriles Ancho de las banquinas y las distancias a las obstrucciones laterales Velocidad de diseño Alineamiento horizontal y vertical Disponibilidad de espacio para las colas de espera en las intersecciones Características topográficas: terreno llano, ondulado, montañoso Tipo de vehículo Distribución de vehículos entre carriles y por sentido. Semáforo Señal de PARE Prohibición de estacionamiento Restricciones a los movimientos de giro 73

Nivel de Servicio Caracterización NIVEL A (s=167m) NIVEL B (s=100m) NIVEL C (s=67m) NIVEL D (s=50m) NIVEL E NIVEL F Fuentes: C.S. Papacostas... 4.5.2 / HCM 2000 Flujo libre, bajas densidades, sin restricciones. Prevalece la velocidad de flujo libre (VFL). Elevado nivel de confort físico y psicológico. Flujo estable, razonablemente libre. Se mantiene la VFL. Capacidad de maniobra apenas restringida. Flujo estable, con restricciones medias. Velocidad próxima a la VFL. Capacidad de maniobra restringida. Comienza a declinar la velocidad, con incrementos del flujo y de la densidad Libertad de maniobra limitada Operación a capacidad Flujo inestable, con restricciones Capacidad de maniobra muy limitada Congestión, interrupciones frecuentes del flujo bajas velocidades de operación volúmenes por encima de la capacidad Colas y congestión ante incidentes 74

Nivel de Servicio Caracterización 75

Capacidad Condiciones ideales La mayoría de los procedimientos utilizados por el Manual de Capacidad proporcionan fórmulas o presentaciones simples en forma de gráficos o tablas para una serie de condiciones básicas, las que deben ser ajustadas a los efectos de tener en cuenta aquellas condiciones prevalecientes que no coincidan con ellas. Esas condiciones básicas son denominadas condiciones ideales. Una condición ideal es aquella para la cual cualquier mejora que se introduzca en el elemento considerado, no produce incremento alguno de la capacidad. 76

Flujo vehicular Tipos de operación El HCM2000 clasifica a los distintos tipos de caminos en dos categorías o tipos de operación del flujo vehicular: Flujo ininterrumpido Los caminos que poseen las características de flujo ininterrumpido no tienen elementos externos a la corriente del tránsito, tales como semáforos, que puedan interrumpir el mismo. Las características de operación de los vehículos que por él circulan son el resultado de la interacción entre los vehículos existentes, las características geométricas y el medio ambiente. Flujo interrumpido Los caminos que poseen las características de flujo interrumpido poseen elementos fijos que pueden interrumpir la corriente vehicular: semáforos, señales de pare o cualquier otro dispositivo, cuya presencia origina la detención periódica de los vehículos (o disminución significativa de la velocidad) independientemente de los volúmenes de tránsito existentes. 77

Tipos de vías según Manual de Capacidad FLUJO ININTERRUMPIDO: Autopista: Segmento básico Sección de entrecruzamiento Ramas Caminos multicarril Caminos de dos carriles FLUJO INTERRUMPIDO: Intersecciones semaforizadas Intersecciones no semaforizadas Arterias urbanas Transporte público Peatones Aceras Bicicletas - Bicisendas Un camino de calzadas separadas con control total de accesos y con dos o más carriles, por sentido de circulación para el uso exclusivo del tránsito Un camino de dos carriles consiste en una calzada no dividida de dos carriles, uno para casa sentido de circulación de la corriente vehicular. 78

Determinación de la capacidad óptima $ CT CInv Costop ($/veh) CT mín 2 carriles C óptima + CInv = VP del costo de inversión CTransp = Costop ($/veh) x q (veh/h) CT h f (q,c) CTransp C (veh/hora) ] C Hora h Volumen q Capacidad C C = cte (veh/hora) CT = CT proy h h q (veh) C = cte 79

Determinación de la capacidad óptima $ CostoTotal Costo de Inversón 2 Carriles 3C 4C 6C 8C Costo de Transporte Número de carriles 80

Capacidad óptima: aplicación 81

Capacidad óptima: aplicación 82

Capacidad óptima: aplicación 83

Aplicación de los niveles de servicio: Tráfico horario de diseño A B C D E F Cond. De operación LIBRES ESTABLE ESTABLE CASI INESTABLE INESTABLE FORZADA Restr de maniobrabilidad NINGUNA LIGERAS APRECIABLE REDUCIDA SI N/A Restr de velocidad NINGUNA POCAS APRECIABLE SI SI N/A Congestión NO NO LIGERA MEDIANA FUERTE TOTAL Uso para diseño hora #30 ZONA LLANA ZONA ONDULADA ZONA MONTAñOSA (CAPACIDAD) % TMDA RURAL: 20-25 URBANO: 13-15 RURAL:13-15 URBANO: 10-12 HORAS DEL AñO 30 84

Contenido - Conceptos básicos. - Sistemas de tráfico programado. - Sistemas de tráfico no programado. - Análisis del tránsito carretero. 85

Control del tránsito carretero: señalamiento luminoso Intersecciones semaforizadas: Ciclo Fijo Ciclo Variable Actuados Equipamiento volumen-densidad Sistemas semaforizados: Conjuntos de intersecciones interconectadas y coordinadas. 86

Sistemas semaforizados 87

Ingeniería de Tránsito Definiciones VOLUMEN DE TRÁNSITO Número de vehículos que pasa por una sección de un camino durante un tiempo determinado. Se utiliza para: Ejemplos: Diseño geométrico Diseño estructural Identificación de lugares peligrosos Planificación vial Estudios de Capacidad y Nivel de Servicio Estudios de Factibilidad (mejoras, peaje, etc.) Estudios de operación y gestión de tránsito Estudios de necesidades viales TRÁNSITO MEDIO DIARIO ANUAL Promedio diario anual de tránsito 365 TMDA = Vi / 365 i=1 Donde V i es el número de vehículos del día i. 88

Ingeniería de Tránsito Clasificación Vehicular (DNV) 11 12 SIN ACOPLADO 11-12 11-12 12-11 12-12 LIVIANOS OMNIBUS 111 112 113 122 123 CON ACOPLADO SEMIRREMOLQUE 89

Variaciones del Volumen de Tránsito Variación mensual (o estacional) Caminos turísticos: picos en los meses de verano o vacaciones Caminos rurales: picos en los meses de cosecha Variación diaria Caminos recreacionales: picos en los fines de semana Variación horaria Autopistas y caminos urbanos: picos por la mañana y por la tarde Variación dentro de la hora pico Variación dentro de una hora, con intervalos de 15. FACTOR DE HORA PICO: FHP = volumen horario promedio / ( 4 x volumen máximo de 15 ) 0,9 90

TMDA y TMDM TRÁNSITO MEDIO DIARIO MENSUAL Promedio diario mensual de tránsito. Para un mes dado m será: 30 TMDM m = Vi / 30 i=1 Donde V i es el número de vehículos del día i del mes m. FACTOR MENSUAL La relación entre el tránsito medio diario anual y el tránsito medio diario mensual y constituye un factor de ajuste que permite desestacionalizar una medición quitando la influencia del mes en el que se realizó el conteo. f m = TMDA / TMDM m 91

Estimación del TMDA ESTIMACIÓN MUESTRA Muestreo espacial: se cuentan solamente algunos puntos representativos de una red de manera permanente. Muestreo temporal: se cuentan solamente algunos días u horas del año en ciertos puntos específicos. SISTEMA DE RECOPILACIÓN Y ELABORACIÓN DE DATOS DE TRÁNSITO: Estaciones Permanentes: 365 días al año volumen y/o clasificación Estaciones de Cobertura: 24/48/72 horas volumen y/o clasificación CONTADORES AUTOMÁTICOS: Detectores: de tubo (mangueras) de bucle Registradores Comunicaciones Sofware de procesamiento. 92

Tipos de Estudios de Tránsito Volumen Clasificación: configuraciones de ejes Velocidad: intervalos de velocidad Longitud: intervalos de longitud 93

Mediciones Automáticas de Tránsito Dependiendo de la configuración de los detectores, se puede medir y registrar: Volumen: número de vehículos (ejes, pares de ejes) Avance: tiempo entre los ejes delanteros de dos vehículos que circulan en la misma dirección (piezoeléctricos) o entre la parte delantera de un vehículo y la parte delantera del siguiente (bucles) Separación: tiempo entre el eje trasero de un vehículo y el eje delantero siguiente (piezoeléctricos) o entre la parte trasera de un vehículo y la parte delantera del siguiente (bucles) Clase de eje: clasificación x tipo en función de la distancia entre ejes. Velocidad Longitud 94

Mediciones Automáticas de Tránsito Detector t 1 v 1 v 2 L 2 t 2 L 1 t 3 t 4 Clase 12 Auto velocidad (v 1, v 2 ) longitud (L1, L2) avance = t3 - t1 separación = t3 - t2 95

Estimación del TMDA TMDA = TMDC. f est. f C. f G TMDC: Tránsito Medio Diario Conteo f est f C f G = Factor de estacionalidad =Factor de clasificación =Factor de crecimiento f est = TMDA / TMDMh m TMDMh m : TMDM de días hábiles 96

Modelos de Transporte 97

Del Planeamiento a la Simulación 98

Simulación del tránsito 99

Simulación del tránsito 100