6Consistencia en el diseño vial Yasmany García Ramírez
[email protected] Contenido 1 Introducción 2 Planteamiento del problema 3 Criterios de consistencia 4 Cálculos de consistencia 5 IHSDM Introducción Importancia 60% 1,24 millones 20-50 millones > 90% se Costo social Carreteras de muertes sufren producen en los alto rurales traumatismos países de ingresos bajos y medianos ONU – “Decenio de Acción para la Seguridad Vial”. Introducción Accidentes de tránsito en la región 350 • Riesgo para la salud 300 • Riesgo para el tránsito 250 20.1 20.3 200 15.2 14.4 150 11.2 11.7 11.2 10.9 10.6 100 6.1 50 0 Uruguay Paraguay Chile Brasil Perú Colombia Bolivia Venezuela Ecuador Argentina OMS, Informe sobre la situación mundial de la seguridad vial, 2015 Introducción Accidentes de tránsito en la región DNV, San Juan, 2011 Introducción Accidentes de tránsito en la región DNV, San Juan, 2011 Introducción Accidentes de tránsito en la región DNV, San Juan, 2011 Introducción ¿A qué se deben los accidentes de tránsito? •Deficiencia técnica •Excesiva velocidad •Carga inapropiada •Cansancio Vehículo Conductor Carretera Entorno •Malas condiciones •Malas condiciones superficie de clima •Diseño geométrico •Día / noche deficiente Introducción Diseños de vías Autopista Sichuan Tibet (China) Introducción Diseños de vías Trollstigen (Noruega) Introducción Diseños de vías Los caracoles (Chile –Argentina) Planteamiento del problema Diseños de vías • Normas y reglamentos de diseño geométrico • Se siguen produciendo accidentes • Evaluación de la seguridad • Análisis de consistencia • Mejorar la infraestructura vial • Reducir el riesgo de accidentes Planteamiento del problema Enfoques del análisis de consistencia ENFOQUE DE LA VELOCIDAD ENFOQUE DE EXPECTATIVAS OBJETIVO: HOMOGENIZAR REFORZAR LAS EXPECTATIVAS EL TRAZADO DEL CONDUCTOR UNICIDAD C/V HIPÓTESIS DE HIPÓTESIS DE HIPÓTESIS: CUERPO RÍGIDO MCLEAN MESSER MECANISMO: ANÁLISIS REDUCIR LA BECHA INTERVALO ÓPTIMO GEOMÉTRICO ENTRE VD Y VOP DE CARGA MENTAL INDICADORES: CURVATURA VOP = f(vars) CM = f(vars) CONSISTENCIA Echaveguren y Sáenz (2001) Planteamiento del problema ¿Qué son las expectativas? A G Expectativas a D C F H priori E Expectativas Ad hoc Planteamiento del problema ¿Cómo se miden las expectativas? Comportamiento Conductor Velocidad Planteamiento del problema ¿Qué es y cómo se mide la consistencia? N O E S Planteamiento del problema ¿Qué es y cómo se mide la consistencia? ∆Velocidad Acc. ≤ 10 km/h 0,46 BUENO 10 - 20 km/h 1,44 ACEPTABLE >20 km/h MALO 2,76 Planteamiento del problema ¿Cómo se calcula el perfil de velocidades? RECTA - INGRESO CURVA RECTA - SALIDA +0,85 m/s² 0 m/s² 0 m/s² 0 m/s² Perfil de velocidad Perfil de aceleración -0,85 m/s² Planteamiento del problema ¿Cómo se calcula el perfil de velocidades? RECTA - INGRESO CURVA RECTA - SALIDA +0,85 m/s² 0 m/s² 0 m/s² 0 m/s² Perfil de velocidad Perfil de aceleración -0,85 m/s² Criterios de consistencia Tipos Criterio I: Consistencia del diseño Vd vs VO85 (i) (i) Criterio II: Consistencia en la velocidad de operación VO85 (i) vs VO85(i+1) ∆V ≤ 10 km/h (Bueno) 10 km/h < ∆V ≤ 20 km/h (Aceptable) ∆V > 20 km/h (Malo) Criterio III: Consistencia en la conducción dinámica fRA(i) vs fRD(i) fRA: fricción lateral provista por el fRA - fRD ≥ +0.01 (Bueno) diseño en una determinada curva -0.04 ≤ fRA – fRD < +0.01 (Aceptable) fRD: fricción lateral demandada en fRA – fRD < -0.04 (Malo) una determinada curva Criterios de consistencia Modelos de velocidad en curvas – Criterio II Año Autor (es) Modelo R² Año Autor (es) Modelo R² 2554,76 1954 Taragin 𝑣85 = 88,87 − 0,86 Ottessen y 3403 𝑅 1994 Krammes 𝑣85 = 103,70 − 0,80 𝑅 2730 Morall y 1981 McLean 𝑣85 = 101,2 − 0,87 1994 𝑣85 = 𝑒 4,564−0,00586𝐷𝐶 0,63 𝑅 Talarico Glennon et 4524,94 4208,76 1986 al. 𝑣85 = 103,96 − 0,84 Islam y 𝑣85 = 103,03 − 𝑅 1994 𝑅 0,98 Seneviratne 36597,92 Lamm y 3189,94 − 1986 Choueiri 𝑣85 = 94,39 − 0,79 𝑅2 𝑅 Krammes et 1995 𝑣85 = 103,66 − 1,95𝐷𝐶 0,8 Lamm et 3188,66 al. 1988 al. 𝑣85 = 94,40 − 0,79 𝑅 1999 Lamm et al. 𝑣85 = 95,59 − 1,60𝐷𝐶 0,79 Kanellaidis 3837,55 1990 et al. 𝑣85 = 109,09 − 0,65 Pasetti y 3020,50 𝑅 1999 F ambro 𝑣85 = 103,90 − 0,68 𝑅 Kanellaidis 623,1 1990 et al. 𝑣85 = 129,88 − 0,78 Ottesen y 𝑅 2000 𝑣85 = 103,66 − 1,95𝐷𝐶 0,80 Krammes 3400,73 1993 Ottesen 𝑣85 = 103,64 − 0,80 𝑅 Pérez et al. (2011) Criterios de consistencia Otros modelos de velocidades en curvas 120 Velodidad en la curva horizontal (km/h) 100 80 Lamm (1993) Lamm et al. (1995) 60 Ottesen et al. (1994) SETRA/DLI (1986) 40 McLean (1978) Choueiri et al. (1995) 20 McLean et al. (1995) 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Radio de la curva horizontal (m) Cálculo de consistencia Ejercicio en clase Datos: Calcular el perfil de velocidades en el alineamiento, usar Lamm et al. (1988) y la ecuación de la velocidad de operación en curvas mostrada. 4000 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑅 Recta = 100 m R₁ = 200 m R2 = 100 m Cálculo de consistencia Ejercicio en clase Datos: Calcular el perfil de velocidades en el alineamiento, usar Lamm et al. (1988) y la ecuación de la velocidad de operación en curvas mostrada. 4000 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑅 Recta = 100 m Recta = 328 pies V₁ = 74 Km/h V2 = 54 km/h V₁ = 46 mph V2 = 33 mph Recta no independiente La configuración curva-a-curva es importante en los análisis. Cálculo de consistencia Ejercicio en clase Datos: Calcular el perfil de velocidades en el alineamiento, usar Lamm et al. (1988) y la ecuación de la velocidad de operación en curvas mostrada. V 74 Km/h Recta = 100 m 54 km/h Recta = 328 pies R₁ = 200 m R2 = 100 m Recta no independiente Cálculo de consistencia Ejercicio en clase Datos: Calcular el perfil de velocidades en el alineamiento, usar Lamm et al. (1988) y la ecuación de la velocidad de operación en curvas mostrada. 4000 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑅 Recta = 200 m R₁ = 200 m R2 = 100 m Cálculo de consistencia Ejercicio en clase Datos: Calcular el perfil de velocidades en el alineamiento, usar Lamm et al. (1988) y la ecuación de la velocidad de operación en curvas mostrada. 4000 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑅 Recta = 200 m Recta = 656 pies V₁ = 74 Km/h V2 = 54 km/h V₁ = 46 mph V2 = 33 mph Recta independiente ΔVT = 5,3 mph ≈ 8,5Km/h V85T = 74 + 8,5 = 82,5 km/h La configuración recta-a-curva es importante en los análisis. Cálculo de consistencia Ejercicio en clase Datos: Calcular el perfil de velocidades en el alineamiento, usar Lamm et al. (1988) y la ecuación de la velocidad de operación en curvas mostrada. 82,5 km/h V 74 Km/h 54 km/h Recta = 200 m Recta = 656 pies R₁ = 200 m R2 = 100 m Recta independiente Cálculo de consistencia Ejercicio en clase Datos: Calcular el perfil de velocidades en el alineamiento, usar Lamm et al. (1988) y la ecuación de la velocidad de operación en curvas mostrada. 4000 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑅 Recta = 200 m R₁ = 100 m R2 = 200 m Cálculo de consistencia Ejercicio en clase Datos: Calcular el perfil de velocidades en el alineamiento, usar Lamm et al. (1988) y la ecuación de la velocidad de operación en curvas mostrada. 4000 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑅 Recta = 200 m Recta = 656 pies V2 = 54 km/h V₁ = 74 Km/h V2 = 33 mph V₁ = 46 mph Recta independiente ΔVT = 5,3 mph ≈ 8,5Km/h V85T = 74 + 8,5 = 82,5 km/h La configuración recta-a-curva es importante en los análisis. Cálculo de consistencia Ejercicio en clase Datos: Calcular el perfil de velocidades en el alineamiento, usar Lamm et al. (1988) y la ecuación de la velocidad de operación en curvas mostrada. V 82,5 km/h 74 Km/h Recta = 200 m 54 km/h Recta = 656 pies R₁ = 100 m R2 = 200 m Recta independiente Cálculo de consistencia Ejercicio en clase Datos: Calcular el perfil de velocidades en el alineamiento, usar Lamm et al. (1988) y la ecuación de la velocidad de operación en curvas mostrada. 3020,50 𝑣85 = 103,90 − 𝑅 Recta = 253 m R₁ = 196 m R2 = 95,9 m Cálculo de consistencia Ejercicio en clase Datos: Calcular el perfil de velocidades en el alineamiento, usar Lamm et al. (1988) y la ecuación de la velocidad de operación en curvas mostrada. 3020,50 𝑣85 = 103,90 − 𝑅 Recta = 143 m R₁ = 410 m R2 = 213 m Cálculo de consistencia Ejercicio de los criterios Datos: Criterio I: Consistencia del diseño Criterio II: Consistencia en la velocidad de operación Criterio III: Consistencia en la conducción dinámica Cálculo de consistencia Criterio I: Ejercicio en clase Datos: Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. Datos: 4000 Velocidad de operación en curvas: 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑅 Velocidad de diseño: 30 km/h Recta = 100 m R₁ = 200 m R2 = 100 m Cálculo de consistencia Datos:Criterio I: Ejercicio en clase Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. . V 74 Km/h 54 km/h Recta = 100 m ΔV1 ΔV2 R₁ = 200 m R2 = 100 m30 km/h ΔV1 = 74 – 30 = 44 Km/h ΔV2 = 54 – 30 = 24 Km/h ¿Cómo se debe modificar los radios para que estos elementos sean consistentes? Cálculo de consistencia Criterio II: Consistencia en la velocidad de operación V V85,2 • Caso 1: TL < TLmín: V85,1 • Alcanza V85,2 TL • Recta no independiente d V85,máx • Caso 2: TL > TLmáx : V V85,2 • Alcanza V85,máx V85,1 • Recta independiente TL d V • Caso 3: TLmín < TL < TLmáx: V85,2 V85,1 • Sobrepasa V85,2 pero no alcanza V85,máx TL • Recta independiente d Cálculo de consistencia Criterio II: Consistencia en la velocidad de operación Caso 1: TL < TLmín 2 2 V 𝑉 85,1 −𝑉 85,2 V85,2 𝑇𝐿𝑚í𝑛 = 2 ∗ 3,62 ∗ 𝑎 V85,1 2 2 2 2𝑉 85,𝑚á𝑥 −𝑉 85,1 − 𝑉 85,2 𝑇𝐿𝑚á𝑥 = TL 2∗ 3,62 ∗ 𝑎 d Caso 2: TL > TLmáx Donde: a = d = 0.85 (m/s2) (Estados Unidos) V85,máx V a = d = 0.80 (m/s2) (Suiza) V85,2 V85,1,2 en Km/h; TLmín y TLmáx en m. V85,1 Para el caso 3, V85,T se calcula usando: TL d 𝑉85,𝑇 = 3,62 𝑎 𝑇𝐿 − 𝑇𝐿𝑚í𝑛 + 𝑉 2 85,1 Caso 3: TLmín < TL < TLmáx V V85,T V 85,2 TLmín : Longitud mínima requerida para acelerar o decelerar de V85,1 a V85,2 V85,1 TLmáx: Longitud requerida para alcanzar la máxima V85 TL d Cálculo de consistencia Criterio II: Ejercicio en clase Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. Recta = 100 m R₁ = 200 m R2 = 100 m 4000 Velocidad de operación en curvas: 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑅 Velocidad deseada en rectas: 100 km/h Cálculo de consistencia Criterio II: Ejercicio en clase Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. Recta = 100 m R₁ = 200 m R2 = 100 m V₁ = 74 km/h V₁ = 54 km/h Tmín = 116 m Tmáx = 523 m Como TL < Tmín entonces la recta es no independiente (caso 1) Cálculo de consistencia Criterio II: Ejercicio en clase Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. 74 Km/h V 54 km/h Recta = 100 m R₁ = 200 m R2 = 100 m V₁ = 74 km/h V₁ = 54 km/h ΔV1,2 = 74 – 54 = 20 Km/h Tmín = 116 m Tmáx = 523 m Como TL < Tmín entonces la recta es no independiente (caso 1) Cálculo de consistencia Criterio II: Ejercicio en clase Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. Recta = 200 m R₁ = 200 m R2 = 100 m 4000 Velocidad de operación en curvas: 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑅 Velocidad deseada en rectas: 100 km/h Cálculo de consistencia Criterio II: Ejercicio en clase Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. Recta = 200 m R₁ = 200 m R2 = 100 m V₁ = 74 km/h V₁ = 54 km/h Tmín = 116 m Tmáx = 523 m V85T = 80 km/h Como Tmín < TL < Tmáx entonces la recta es independiente (caso 3) Cálculo de consistencia Criterio II: Ejercicio en clase Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. 80 km/h V 74 km/h 54 Km/h Recta = 200 m R₁ = 200 m R2 = 100 m V₁ = 74 km/h V₁ = 54 km/h ΔV1,T = 74 – 80 = -6 Km/h ΔVT,2 = 80 – 54 = 26 Km/h Tmín = 116 m Tmáx = 523 m V85T = 80 km/h Cálculo de consistencia Criterio II: Ejercicio en clase Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. Recta = 600 m R₁ = 200 m R2 = 100 m 4000 Velocidad de operación en curvas: 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑅 Velocidad deseada en rectas: 100 km/h Cálculo de consistencia Criterio II: Ejercicio en clase Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. Recta = 600 m R₁ = 200 m R2 = 100 m V₁ = 74 km/h V₁ = 54 km/h Tmín = 116 m Tmáx = 523 m Como TL ≥ Tmáx entonces la recta es independiente (caso 2) Cálculo de consistencia Criterio II: Ejercicio en clase Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. 100 km/h V 74 km/h 54 Km/h Recta = 600 m R₁ = 200 m R2 = 100 m V₁ = 74 km/h V₁ = 54 km/h ΔV1,T = 74 – 100 = -26 Km/h ΔVT,2 = 100 – 54 = 46 Km/h Tmín = 116 m Tmáx = 523 m Cálculo de consistencia Criterio III Fricción lateral provista: Fricción lateral demandada 𝑓𝑅𝐴 = 0,925 ∗ 𝑛 ∗ 𝑓𝑇 𝑉85 2 𝑓𝑅𝐷 = −𝑒 Donde: 127 ∗ 𝑅 fRA = fricción lateral provista o asumida Donde: fT = factor de fricción lateral fRD = fricción lateral demandada n = factor de utilización V85 = velocidad de operación (km/h) R = radio de la curva (m) n = 0,40 para topografía montañosa o e = peralte (%/100) escarpada; nuevos diseños. n = 0,45 para topografía plana; nuevos diseños. n = 0,60 para alineamientos existentes o viejos. 𝑓𝑇= 0,59 − 4,85 ∗ 10−3 ∗ 𝑉𝐷 +1,51* 10−5 ∗ 𝑉𝐷 2 Donde: VD = velocidad de diseño (km/h) Cálculo de consistencia Criterio III: Ejercicio en clase Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. Recta = 100 m R₁ = 200 m R2 = 100 m e₁ = 4 % e2 = 6 % 4000 Velocidad de operación en curvas: 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − Velocidad de diseño : 30 km/h 𝑅 Diseño nuevo y topografía montañosa Cálculo de consistencia 𝑓𝑅𝐴 − 𝑓𝑅𝐷 ≥ +0,01 𝐵𝑢𝑒𝑛𝑜 Datos: −0,04 ≤ 𝑓𝑅𝐴 − 𝑓𝑅𝐷 < +0,01 𝐴𝑐𝑒𝑝𝑡. 4000 Velocidad de operación en curvas: 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑓𝑅𝐴 − 𝑓𝑅𝐷 < −0,04 𝑀𝑎𝑙𝑜 𝑅 Velocidad de diseño : 30 km/h Diseño nuevo y topografía montañosa 𝑓𝑅𝐴= 0,925 ∗ 𝑛 ∗ 𝑓𝑇 𝑓𝑅𝐴 = 0,925 ∗ 0.40 ∗ 0,46 𝑓𝑅𝐴 = 0,17 Recta = 100 m R₁ = 200 m R2 = 100 m e₁ = 4 % e2 = 6 % 𝑉85 2 𝑓𝑅𝐷 = −𝑒 127 ∗ 𝑅 𝑓𝑅𝐴 − 𝑓𝑅𝐷 = 0,17 − 0,18 = −0,01 742 𝑓𝑅𝐷 = − 0,04 −0,04 ≤ −0,01 < +0,01 127 ∗ 200 𝐴𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑓𝑅𝐷 = 0,18 Cálculo de consistencia 𝑓𝑅𝐴 − 𝑓𝑅𝐷 ≥ +0,01 𝐵𝑢𝑒𝑛𝑜 Datos: −0,04 ≤ 𝑓𝑅𝐴 − 𝑓𝑅𝐷 < +0,01 𝐴𝑐𝑒𝑝𝑡. 4000 Velocidad de operación en curvas: 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑓𝑅𝐴 − 𝑓𝑅𝐷 < −0,04 𝑀𝑎𝑙𝑜 𝑅 Velocidad de diseño : 30 km/h Diseño nuevo y topografía montañosa 𝑓𝑅𝐴 = 0,925 ∗ 𝑛 ∗ 𝑓𝑇 𝑓𝑅𝐴 = 0,925 ∗ 0.40 ∗ 0,46 𝑓𝑅𝐴 = 0,17 Recta = 100 m R₁ = 200 m R2 = 100 m e₁ = 4 % e2 = 6 % 𝑉85 2 𝑓𝑅𝐷 = −𝑒 𝑓𝑅𝐴 − 𝑓𝑅𝐷 = 0,17 − 0,17 = 0 127 ∗ 𝑅 542 𝑓𝑅𝐷 = − 0,06 −0,04 ≤ 0 < +0,01 127∗100 𝐴𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑓𝑅𝐷 = 0,17 Cálculo de consistencia Criterio III: Ejercicio en clase Datos: Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. Recta = 100 m R₁ = 200 m R2 = 100 m e₁ = 4 % e2 = 6 % 4000 Velocidad de operación en curvas: 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑅 Velocidad de diseño : 50 km/h Diseño nuevo y topografía plana Cálculo de consistencia Criterio III: Ejercicio en clase Datos: Realizar los análisis de consistencia usando la información del alineamiento y las velocidades mostradas. Recta = 100 m R₁ = 400 m R2 = 50 m e₁ = 3 % e2 = 10 % Datos: 4000 Velocidad de operación en curvas: 𝑣𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 = 94 − 𝑅 Velocidad de diseño : 50 km/h Alineamiento existente IHSDM Características Interactive Highway Safety Design Model F HWA – 1994 Versión 10.1.0 – www.ihsdm.org (marzo-2015) Herramientas de análisis complementarias Predecir la funcionalidad Todas las fases de diseño - cuantitativa F ácil con interfaz gráfica, compatible con CAD Susceptible de calibración www.ihsdm.org IHSDM Módulos del IHSDM Policy Review Module – PMR, comprueba si el diseño está acorde a los rangos de valores críticos recomendados. Crash Prediction Module- CPM, estima frecuencia de accidentes y gravedad prevista. Design Consistency Module – DCM, calcula velocidades de operación esperados y los relaciona con los umbrales máximos permitidos. www.ihsdm.org IHSDM Módulos del IHSDM Traffic Analysis Module – TAM, estima medidas operacionales del tránsito para determinar la capacidad y nivel de servicio de la carretera. Driver Vehicle Module – DVM, simula el comportamiento del conductor y la dinámica del vehículo en la carretera Intersection Review Module – IRM, facilita la revisión sistemática de elementos de diseño en una intersección con respecto a la su seguridad probable y el rendimiento operativo. www.ihsdm.org IHSDM Modelos de velocidad HIGH www.ihsdm.org IHSDM Modelos de velocidad LOW www.ihsdm.org IHSDM Modelos de velocidad LOW www.ihsdm.org IHSDM Alineamiento horizontal IHSDM Alineamiento vertical IHSDM Velocidades en curvas www.ihsdm.org IHSDM Velocidades en curvas • R = 78 m, i < - 4%, V85 = 62,01 km/h • R = 250 m, i < -4%, V85 = 68,38 km/h 63 IHSDM Velocidades en rectas IHSDM Velocidades en rectas www.ihsdm.org IHSDM Road Hazard Rating www.ihsdm.org IHSDM Road Hazard Rating www.ihsdm.org IHSDM Road Hazard Rating www.ihsdm.org IHSDM Road Hazard Rating www.ihsdm.org