Apoyo didáctico para la enseñanza y aprendizaje de la asignatura de Ingeniería de Tráfico

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

“APOYO DIDÁCTICO PARA LA ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA DE INGENIERÍA DE TRÁFICO”

“TEXTO ALUMNO”

TRABAJO DIRIGIDO, POR ADSCRIPCIÓN, PRESENTADO PARA OPTAR AL DIPLOMA ACADÉMICO DE LICENCIATURA EN INGENIERÍA CIVIL.

ELABORADO POR: JUAN GABRIEL TAPIA ARANDIA ROMEL DANIEL VEIZAGA BALTA TUTOR: M. Sc. Ing. LUIS LAZARTE VILLARROEL

Cochabamba-Bolivia, Septiembre 2006

Dedicatoria

Texto Guía Ingeniería de Tráfico

DEDICATORIA A nuestros queridos padres y hermanos por su apoyo y confianza.

I

Agradecimientos

Texto Guía Ingeniería de Tráfico

AGRADECIMIENTOS Juan Gabriel Tapia Arandia:

A Dios por los matices de la vida. A mis padres Jaime Tapia Rojas, Gilda Arandia Garcia y Roberto Arandia Camacho por su inmenso apoyo, cariño y comprensión. A mis hermanos Antonio, Marco, Roberto y Andrea Tapia Arandia por su constante apoyo y ayuda. Al Ing. Luis Lazarte Villarroel por la colaboración en la elaboración de este documento. A nuestros tribunales y docentes por su dedicación en la formación de profesionales Ingenieros.

Romel Daniel Veizaga Balta:

A Dios por los matices de la vida. A mis padres Cesar Veizaga y Petronila Balta por su inmenso apoyo, cariño y comprensión. A mis hermanos Gisela, Helbio, Henry, Wilson y Christian Veizaga Balta por su constante apoyo y ayuda. A mis amigos Freddy Rojas Vargas y Wagner Orellana Terceros por sus consejos. Al Ing. Luis Lazarte Villarroel por la colaboración en la elaboración de este documento. A nuestros tribunales y docentes por su dedicación en la formación de profesionales Ingenieros.

II

Ficha Resumen

Texto Guía Ingeniería de Tráfico

FICHA RESUMEN CAPÍTULO 1. En este capítulo se desea que el estudiante tenga conocimiento de la historia y evolución del transporte desde la aparición de la rueda, pasando por la aparición de los primeros caminos y aparición del automóvil hasta llegar al nacimiento de la ingeniería de tráfico. También nos muestra cuales son los objetivos y alcances de la ingeniería de tráfico. Finalmente se desarrollan las diferentes soluciones al problema de tránsito que se plantean a partir de factores que intervienen en este. CAPÍTULO 2. En este capítulo se desarrollan los conceptos de los elementos básicos que componen la ingeniería de tráfico siendo estos: el usuario, el vehículo y la vía; los cuales presentan una descripción de los factores, las características y clasificación que intervienen en cada elemento de tránsito para su estudio y aplicación en la práctica. CAPÍTULO 3. En este capítulo se desarrollan los conceptos de las características principales de la ingeniería del tráfico, como ser: la velocidad (v), la densidad o concentración (k) y el flujo (q). También se muestran los distintos tipos de velocidades (v) siendo estos: la velocidad de punto, la velocidad media temporal, la velocidad media espacial, la velocidad de recorrido, la velocidad de marcha y la velocidad de proyecto; los cuales se aplican en la ingeniería de tráfico. En lo que respecta a la densidad o concentración (k) se muestra una definición de la misma para su aplicación en posteriores temas. El flujo (q) y volumen (Q) se clasifica de acuerdo al tiempo de medición (tránsito anual, tránsito mensual, tránsito semanal, tránsito diario y tránsito horario); muestra además la distribución y composición del volumen de tráfico, su aplicación general y específica en la ingeniería de tráfico. Finalmente, se presenta el pronóstico de volúmenes futuros y los tipos de aforos como punto de partida para el análisis de las características de tránsito desarrolladas. CAPÍTULO 4. En este capítulo se muestran las variables asociadas a las características principales de la ingeniería de tráfico (intervalo, espaciamiento) así como la relación existente entre las variables principales para la deducción de la ecuación fundamental de la ingeniería de tráfico. Se muestran también los distintos tipos de modelación para el análisis de flujo vehicular (modelo lineal, modelo logarítmico, modelo exponencial) y su correcta aplicación de acuerdo a las características de flujo. Por último se presenta una descripción probabilística del flujo vehicular mediante una distribución de probabilidades de Poisson. CAPÍTULO 5. En este capítulo se realiza una aplicación práctica de los conceptos abarcados con anterioridad. Se aplica dos métodos: - Método del Manual de Capacidad de Carreteras de los Estados Unidos (Highway Capacity Manual, Special Report 209, Edición 1998) - Método del Ministerio de Obras Publicas y Transporte de Colombia – Universidad del Cauca (1998). En lo que respecta al primer manual (HCM), se realiza el análisis de capacidad y nivel de servicio en distintos tipos de vialidades como ser: secciones básicas de autopista, áreas de entrecruzamiento o entrecruzamientos, rampas y uniones de rampa, carreteras multicarril, carreteras de dos carriles e intersecciones con semáforos. Cada uno de estos tipos de vialidades con su respectiva metodología y procedimiento de aplicación. El segundo método (Método Colombiano) se realiza el análisis de capacidad y nivel de servicio en carreteras de dos carriles. CAPÍTULO 6. En este capítulo se definen los conceptos de una demora y de una fila, mencionando cuales son las causas por las que se genera cada una de ellas. Nos muestra también los tipos de fila y los elementos que la caracterizan. Finalmente, este capítulo plantea un método para el análisis de filas. CAPÍTULO 7. En este capítulo se define lo que es un semáforo, también se desarrolla: la función que tiene un semáforo en una corriente de tránsito, las partes que la componen, los tipos de semáforos y se hace una descripción de algunos términos básicos o parámetros de tiempo para una mejor comprensión. Finalmente, nos muestra una metodología para el cálculo de los tiempos y su reparto en sus diferentes fases del semáforo.

III

Abreviaciones y Acrónimos

Texto Guía Ingeniería de Tráfico

ABREVIACIONES Y ACRÓNIMOS a

Aceleración radial, Arco unidad, Tasa de deceleración

A

Ascenso, Intervalo de tiempo Amarillo

A.C.

Antes de cristo

AP1

Apéndice 1

c

Cuerda unidad

C

Longitud actual del ciclo, Longitud de ciclo del semáforo

C5

Capacidad en vehículos mixtos por hora considerando variaciones aleatorias

C60

Capacidad en vehículos mixtos por hora sin considerar variaciones aleatorias

Ci

Capacidad para condiciones ideales

ci

Capacidad del acceso o grupo de carriles “i”,

Cm.

Centímetros

CNT

Crecimiento Normal del Tránsito

CO

Autobuses y camiones

Co

Tiempo óptimo de ciclo

Co

Longitud del ciclo óptimo

D d

Descenso, Densidad, Porcentaje mayor correspondiente a la distribución direccional Distancia o longitud

d1i

Demora uniforme para el grupo de carriles “i”

d2i

Demora incremental para el grupo de carriles “i”

dA

Demora en cualquier acceso

DD

Distancia a la rampa adyacente corriente abajo

df

Distancia recorrida durante el tiempo de Frenado

Df

Deflexión de la curva

di

Demora total para el grupo de carriles “i”

dI

Demora en la intersección

dia

Demora ajustada para el grupo de carriles “i”

Dp

Distancia de parada o distancia total

dp

Distancia recorrida durante el tiempo de Percepción

dr

Distancia recorrida durante el tiempo de Reacción

DR

Densidad en el área de influencia de convergencia o divergencia

IV

Abreviaciones y Acrónimos

Texto Guía Ingeniería de Tráfico

DU

Distancia a la rampa adyacente corriente arriba

e

Base de los logaritmos neperianos

E

Equivalente de vehículos ligeros para un porcentaje de pendiente dado.

E0

EC

Equivalente de vehículos ligeros para un porcentaje de pendiente igual a 0 y una velocidad dada. Automóviles equivalentes a un autobús, Equivalencia de vehículos ligeros para buses Automóviles equivalentes a un camión

Ej.

Ejemplo

Em

Número promedio de unidades en fila o longitud promedio de la línea de espera

En

Número promedio de vehículos en el sistema

EQN

Ecuación

ER ET

Automóviles equivalentes a un vehículo recreativo, Equivalente de vehículos ligeros para vehículos recreacionales Equivalente de vehículos ligeros para camiones

Etc.

Etcétera

Ev

Tiempo promedio gastado en el sistema, Factor por movimiento de vuelta,

EVP

F

Equivalente de vehículos ligeros para la combinación específica de vehículos pesados presentes en el flujo de tráfico de subida Tiempo promedio de espera en la fila de espera o tiempo promedio en fila o tiempo de espera Fuerza centrífuga, Fuerza longitudinal

FA

Ajuste por puntos de acceso

fA

Factor de ajuste por efecto de ancho de carril

fB

Factor de ajuste por paradas de autobuses

fC

Factor de ajuste por la población de conductores

Fcb

Factores de corrección a la capacidad por efecto combinado del ancho de carril y berma Factores de corrección al nivel de servicio por efecto combinado por el ancho de carril y berma Factores de corrección a la capacidad por distribución por sentidos, Factor de ajuste diario Factor de ajuste por distribución direccional del tráfico

EB

Ew

fcb Fd fd fE FFS

Factor de ajuste por la existencia de carriles de estacionamiento adyacentes al grupo de carriles, y la actividad de estacionamiento en ese carril Velocidad estimada a flujo libre

FFSi

Velocidad estimada de flujo libre para condiciones ideales

V

Abreviaciones y Acrónimos

fg

Texto Guía Ingeniería de Tráfico

FHMD

Factor de ajuste por efectos operacionales de las pendientes en vehículos ligeros. Factor Horario de Máxima Demanda

FHP

Factor de Hora Pico

fi

Número de vehículos en el grupo de velocidad i

fID

Factor de ajuste por intercambio de densidad

Fl

Fuerza de fricción longitudinal

fl

Coeficiente de fricción longitudinal

fL

Factor de ajuste por localización de la intersección

fLC

Factor de ajuste por espacios laterales

FLC

Ajuste por espacio lateral

fLW

Factor de ajuste por ancho de carril

FLW

Ajuste por ancho de carril

Fm

Factor de ajuste mensual

FM

Ajuste por tipo de separación

fMD

Factor de ajuste por vueltas a la derecha en el grupo de carriles

fMI

Factor de ajuste por vueltas a la izquierda en el grupo de carriles

fN

Factor de ajuste por número de carriles

Fp

Factores de corrección a la capacidad por la presencia de vehículos pesados en pendientes ascendentes Factor de corrección para el efecto de los vehículos pesados

fp FP fP fp1

Factor de Proyección, Factor de ajuste por efecto de la progresión de los semáforos Factor de ajuste por pendiente del acceso

Fpe

Factores de corrección al nivel de servicio por la presencia de vehículos pesados en pendientes ascendentes Factores de corrección a los factores "fp1" por la presencia de vehículos pesados Factores de corrección a la capacidad por pendientes

FPparcial

Factor de Proyección parcial

FPtotal

Factor de Proyección total

fsr Ft

Factores de corrección al nivel de servicio por el estado de la superficie de rodadura Fuerza de fricción transversal

ft

Coeficiente de fricción transversal

fu

Factores de corrección al nivel de servicio por el efecto de la utilización de la capacidad

fp2

VI

Abreviaciones y Acrónimos

Texto Guía Ingeniería de Tráfico

fvp

Factor de ajuste por efecto de vehículos pesados

fVP

Factor de ajuste por presencia de vehículos pesados

fw

Factor de ajuste por ancho de carril y hombro

Fx

Fuerzas en el eje "X"

Fy

Fuerzas en el eje "Y"

g

Aceleración debida a la gravedad

G

Grado de curvatura, Intervalo de tiempo Verde

gi Gi

Demora Total Mínima, Tiempo verde efectivo para el acceso o grupo de carriles “i” Tiempo verde real para cada fase “i”

Gmax

Grado de curvatura máximo

gT

Tiempo verde efectivo total por ciclo

h

Hora

h¯

Intervalo promedio

HCM hi

Manual de Capacidad de Carreteras de los Estados Unidos (Highway Capacity Manual) Intervalo simple

I

Porcentaje de encontrar el sistema inactivo

i

Tasa de crecimiento

IP

Factor de impedancia para vehículos ligeros.

IRI

Índice de Rugosidad Interna

IT

Incremento del Tránsito al año de proyecto

k

kC

Densidad o concentración de tráfico, Número de estaciones de servicios disponibles, Valor esperado de la relación entre el VH y el TPDA Número de desviaciones estándar correspondiente al nivel de confiabilidad deseado, Porcentaje de TPDA que transita en la hora pico, Factor de hora de diseño Densidad de congestionamiento

km

Densidad de flujo máximo

Km.

Kilómetros

L L3

Longitud del sector, Longitud del vehículo, Tiempo total perdido por ciclo, Longitud del área de entrecruzamiento Distancia recorrida con la velocidad en tangente V3

LA

Longitud de aceleración

LAeff

Longitud eficaz del carril de aceleración

Lc

Longitud de curva

K

VII

Abreviaciones y Acrónimos

LCL

Texto Guía Ingeniería de Tráfico

LD

Espacio lateral desde el borde izquierdo de los carriles de viaje hasta las obstrucciones en la separación del camino Espacio lateral desde el borde derecho de los carriles de viaje a la obstrucción del camino Longitud de desaceleración

Lda

Longitud de acelerado y decelerado

LDeff

Longitud eficaz del carril de desaceleración

LH

Longitud del área de entrecruzamiento en cientos de pies

li

Tiempo perdido por fase “i”

ln

Logaritmo neperiano

m mm.

Masa de vehículo, Metros, Número de grupos de velocidad, Número promedio de vehículos que se espera lleguen durante el intervalo de tiempo t (vehículos / intervalo) Milimetros

MSF

Máximo Flujo de Servicio

MvF

Máximo Flujo de Servicio

MvP

Máximo Flujo de Servicio

n

n¯

Número de vehículos que están siendo servidos mas los que esperan en la cola, Tamaño de la muestra en número de días de aforo, Número de años Número de vehículos, Tamaño de la población en número de días del año, Número de carriles, Número total de carriles en el área de entrecruzamiento, Número de carriles en el acceso Número promedio de vehículos en el sistema

nA

Número de grupos de carriles en el acceso A

LCR

N

NCHRP Nacional Cooperative Highway Research Program Nnw Nº

Número de carriles usado para el no-entrecruzamiento de vehículos en el área de entrecruzamiento Número

NS

Nivel de Servicio

Nw(máx) Número máximo de carriles que pueden usarse para el entrecruzamiento de vehículos para una configuración dada. O Autobuses interurbanos º

Grados

-p

Pendientes descendentes

+p

Pendientes ascendentes

P

Peso del vehículo, Porcentaje de utilización del servicio

P(0)

Probabilidad de tener cero vehículos en el sistema

VIII

Abreviaciones y Acrónimos

Texto Guía Ingeniería de Tráfico

P(n ≥ k)

Probabilidad de tener que esperar en la fila

P(n)

Probabilidad de tener exactamente “n” vehículos o unidades en el sistema

P(t)

Probabilidad de tener que gastar un tiempo “t“ en el sistema

P(tq