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Trabajo de Intersecciones Viales

Simón Martínez Rendon Víctor Manuel Muñoz Verdeza Sofía Roldán Londoño

Docente Andrés Pava Restrepo

Asignatura Diseño de Vías

Universidad EIA Envigado 2019

1. Introducción: Es bien sabido que aproximadamente, desde los últimos 10 años, el Municipio de Rionegro, ubicado en el Oriente Antioqueño, ha crecido exponencialmente. Trayendo consigo un boom tanto comercial como inmobiliario. Pero ¿qué representa esto realmente? Con el aumento y la expansión de la población, las vías de acceso a este municipio se ven cada día más congestionadas, volviéndose así un nuevo reto de planeación urbanística. Precisamente, el Concejo Municipal de Rionegro, aprobó en los pasados días un plan de desarrollo que se llevará a cabo entre el 2020 y 2023, que con una inversión de 1.6 billones de pesos piensa entre otras cosas, pavimentar vías rurales, crear un plan maestro de acueductos y alcantarillado, entre otros. Este plan, busca responder a los sueños y necesidades del municipio, y para lograr este objetivo, prima la movilidad y accesibilidad a este, contando de esta manera con una mejor infraestructura vial en general. Este trabajo se enfocará en el análisis de la intersección vial de Gualanday, vía Llanogrande, Rionegro, respetando y apoyándose siempre en el Manual de Carreteras de INVIAS.

2. Objetivo: Analizar debidamente la capacidad de la intersección ya existente, ubicada en la bomba Terpel, Gualanday vía Llanogrande, Rionegro y pre-dimensionar una solución en base a los criterios de diseño geométrico de intersecciones a nivel y desnivel.

3. Datos de Campo: La información de los aforos que hace referencia a los vehículos que transitan por la intersección a estudiar, era necesaria para proceder con el debido análisis y fue proporcionada por el docente. Estos datos son del 2016 y se pueden observar en las primeras tres hojas del archivo adjunto de Excel. Tras tener estos datos organizados y después de generar el volumen total cada hora en ADE/h, se prosiguió a determinar las horas pico de los vehículos. Debido a que no se realiza el análisis mediante el estudio las 24 h del día, se debe entonces seleccionar las horas más congestionadas en base a los volúmenes vehiculares. Una vez obtenidas estas horas pico se puede proseguir con el análisis de la intersección.

El cálculo de los volúmenes se da en dos tipos, mixtos y ADE/hora y ambos fueron calculados cada 15 minutos.

Mixtos=Cantidad de autos+ cantidad de motos+ cantidad TPC +cantidad pesados +cantidad bicicleta Los volúmenes ADE/hora (vehículos directos equivalentes por hora), se calcularon de manera similar, pero teniendo en consideración los factores de equivalencia, y se optó por trabajar con los factores propuestos por el Manual de Carreteras de INVIAS. Estos son mostrados en la siguiente tabla:

Tras esto, se calcularon los volúmenes totales que son estimados por hora. Para esto, se sumó de a cuatro volúmenes de cada 15 minutos, completando de esta manera los 60 minutos. Posteriormente, se creó una nueva tabla con la suma de los volúmenes totales de los ADE/hora según la maniobra, con el fin de poder encontrar la hora pico total en cada acceso. Los resultados de este proceso serán mostrados a continuación y se pueden observar en la hoja 4 del archivo de Excel: Hora pico total acceso sur: En el caso de este acceso la hora pico se da entre las 7:30 y 8:30 de la mañana con un volumen de 212 ADE/h.

Hora pico total acceso oeste: En el caso de este acceso la hora pico se da entre las 5:00 y 6:00 de la tarde con un volumen de 1103 ADE/h.

Hora pico total acceso este: En el caso de este acceso la hora pico se da entre las 5:00 y 6:00 de la tarde con un volumen de 869 ADE/h.

Una vez obtenidos estos resultados, se prosiguió a encontrar la hora pico de la intersección en su totalidad. Esto se hizo sumando los volúmenes totales de ADE/h en cada maniobra y en cada acceso. Estos resultados, llevaron a la conclusión, de que la hora pico total de la intersección es entre las 17:00 y las 18:00 horas, con un volumen de aproximadamente 1786,00 vehículos. A continuación, se pueden observar los resultados:

4. Tasas de crecimiento y proyección del tráfico a futuro: En el presente trabajo, se pide realizar una proyección a 10 años para la nueva intersección. Por lo cual, es debido calcular primero el crecimiento vehicular para todos los tipos de vehículos en este periodo de tiempo, que sería el del 2030. Para la realización de dicho procedimiento, se tomó como documento base, el anuario estadístico de Rionegro del 2016. Aquí fue posible encontrar todos los datos del crecimiento desde el 2011 hasta el 2015. Se prosiguió a tomar todos los datos brindados, acorde a la tasa de crecimiento, según la cantidad total de carros, motos, microbuses, entre otros.

Para el cálculo de la tasa de crecimiento se emplea la siguiente fórmula: Tasa de crecimiento=

Cantidad Vehicular Actual −1 Cantidad Vehicular del Año Pasado

Tras esto, se realizaron cuatro análisis de proyecciones, cada uno con su respectiva gráfica y la ecuación de la recta que más se ajustara a los puntos: 

Para los carros.



Para las motos.



Para los microbuses.



Para la cantidad total de vehículos incluyendo pesados y bicicletas:

Una vez hecho esto, se prosiguió a calcular las proyecciones vehiculares entre los años 2016 hasta el 2030, encontrando de esta manera la cantidad esperada vehicular. Después se estimó la tasa de crecimiento en cada tipo de vehículo con la formula mostrada anteriormente.

Dando como resultado la siguiente tabla: Año

Carros 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030

Tasa Crecimiento Motos 17926 19621 21202 23373 24936 25611 27842 30266 32902 35767 38882 42268 45949 49950 54300 59029 64170 69758 75833 82436

9,46% 8,06% 10,24% 6,69% 2,71% 8,71% 8,71% 8,71% 8,71% 8,71% 8,71% 8,71% 8,71% 8,71% 8,71% 8,71% 8,71% 8,71% 8,71%

62685 65778 70130 75765 81693 112101 119881 128201 137099 146614 156789 167670 179307 191751 205059 219291 234510 250786 268191 286804

Tasas de crecimiento Tasa de crecimiento Micro Buses Tasa de Crecimiento Vehiculos Tasa de crecimiento 0 80611 4,93% 0 #¡DIV/0! 85399 5,94% 6,62% 507 #¡DIV/0! 91839 7,54% 8,04% 522 2,96% 99660 8,52% 7,82% 551 5,56% 107180 7,55% 37,22% 529 -3,99% 122433 14,23% 6,94% 552 4,35% 131626 7,51% 6,94% 575 4,17% 141509 7,51% 6,94% 600 4,35% 152135 7,51% 6,94% 625 4,17% 163558 7,51% 6,94% 652 4,32% 175838 7,51% 6,94% 679 4,14% 189041 7,51% 6,94% 708 4,27% 203235 7,51% 6,94% 738 4,24% 218495 7,51% 6,94% 770 4,34% 234901 7,51% 6,94% 802 4,16% 252539 7,51% 6,94% 836 4,24% 271501 7,51% 6,94% 872 4,31% 291886 7,51% 6,94% 909 4,24% 313802 7,51% 6,94% 947 4,18% 337364 7,51%

Con estos resultados, se buscaron los valores proyectados de la hora pico, que es entre las 17:00 y 18:00 horas. Y nuevamente se prosiguió a proyectar todos los valores hasta el 2030, encontrando finalmente la tasa de crecimiento total según el año y el tipo de vehículo. Es importante resaltar, que todos los valores fueron redondeados hacia arriba, por cuestiones de mayor precisión y fueron los valores usados para el calculo de los flujos y capacidades de las zonas de entrecruzamiento.

5. Análisis de la capacidad de la glorieta: El método empleado para calcular la tasa de flujo máxima, por recomendación del docente, fue tomado del libro: Ingeniería de Tránsito, fundamentos y aplicaciones, escrito por Rafael Cal y Mayor R. junto con James Cárdenas G. En este libro se enseñan diferentes métodos para calcular la capacidad máxima por carril. Cada método propone el uso de diferentes variables, tales como la densidad del flujo vehicular, velocidad del flujo libre o velocidad media de viaje, entre otras. En primera instancia, se optó por uno de los métodos que proponía el libro, el cuál se explicará a continuación: V p ( Tasade flujo máxima ) =C(Capacidad máxima) V p=

V (F HMD )×( N )×(F HV )×( F P )

Se proseguirá a explicar con mayor detalle cada una de las variables involucradas:

V: Representa la cantidad total de vehículos en cada acceso o, en otras palabras, la suma de los vehículos mixtos según el tipo de acceso. Para su obtención, se debe elegir el mayor número de volumen mixto total de entre los 3 diferentes accesos, con un ganador de 5768 vehículos por el acceso oeste. Es de gran importancia elegir el mayor, ya que se busca el cálculo de la capacidad máxima. Después con este resultado, se obtiene un promedio, que en este caso fue de 748 vehículos/h. F HMD : Es el factor de la hora de máxima demanda. Este es un factor de ajuste para las concentraciones de los puntos máximos, que indica la distribución de los flujos dentro de una hora. Este a su vez, depende de dos variables más:  

Volumen en el horario de máxima demanda, que, en otras palabras, es el volumen en la hora pico, previamente calculado. Volumen máximo durante 15 minutos: este fue encontrado, buscando el lapso con mayor volumen de vehículos durante 15 minutos, en las tablas del acceso oeste anteriormente calculadas. El resultado fue de aproximadamente, de 351 vehículos.

Es importante tener en cuenta que estos volúmenes sí son de ADE/hora. N: Representa el número de carriles por sentido. En este caso, la vía cuenta con un único carril, por lo tanto, N=1. F P : Representa el factor de ajuste por tipo de conductor, y posee un rango desde 0.8 hasta 1. Este factor varía según el tipo de conductor, que pueden dividirse en dos tipos, atípicos o habituales. La primera opción, es cuando el conductor promedio no transita de manera cotidiana por la vía, por el contrario, los conductores habituales son los que permanentemente usan la vía, ya sea porque viven por el sector y la transitan para ir a trabajar o simplemente la necesitan para desplazarse de manera cotidiana. En el caso estudiado, la vía es de tipo habitual, por lo que el factor de ajuste requerido es de 1. F HV : Representa el factor de ajuste, por presencia de vehículos pesados. Es importante tener en consideración, que en este trabajo también se cuenta con bicicletas y motocicletas, por eso, se consideró pertinente incluirlas en este factor. Asumiendo este factor, como el que se emplea para consolidar los vehículos de cada tipo a una equivalencia homogénea. Con todas las variables explicadas anteriormente, se pudo encontrar finalmente la capacidad máxima, siendo el resultado el siguiente: V p=

(748) =910=C (0.823)×(1)×(0.999)×(1)

Es importante resaltar, que este resultado de la capacidad se encuentra en ADE/h.

Finalmente, este método fue descartado ya que el equipo consideró que este resultado reflejaba la capacidad en el volumen máximo vehicular, más no la capacidad máxima en sí misma del carril. Por esto se prosiguió con la búsqueda de un nuevo método. Finalmente, el método empleado es propuesto por la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. La Universidad, plantea la siguiente fórmula para encontrar la capacidad: C 60=F pe × F d × F cb × F p ×C i Pero debido a que la fórmula mostrada anteriormente, no tiene en consideración los diferentes tipos de vehículos, se convierte esta en parte de una nueva fórmula: C 5=C 60 ×(FPH o FHMD) En esta nueva fórmula, se presenta un nuevo dilema el cuál es, si debe de ser calculada con FPH o con FHMD. Ante esto el equipo opto por calcularla con ambas y seleccionar la mayor. Se proseguirá a explicar con mayor detalle el cálculo de cada variable por independiente: C i: Representa la capacidad base, que en este caso para dos carriles es de 3200.

F pe: Para el factor de pendiente, se analizó un tramo de la carretera de 0.5 km y con la ayuda de Google-Earth, se pudo estimar una pendiente del 0% para este tramo. Tras esto, se observó la tabla 3 y se concluyó que este factor debería de ser de 1. A continuación, se puede observar tanto la estimación de Google-Earth, como la tabla 3 y la tabla en Excel con el resultado:

F d: Representa el factor de distribución por sentidos. Para este proceso, se realizaron cálculos de distribuciones en cada uno de los accesos proyectados al 2030. Después, se observó tanto la cantidad como el porcentaje de los vehículos que entran y salen. Una vez hecho esto, se seleccionó el acceso con mayor flujo, en este caso el oeste, y se analiza su distribución (60/40) como el porcentaje de las zonas de no rebase. Para esto último, se usó la ayuda de Google-Earth, que con un detallado análisis se pudo concluir que toda la calle se hallaba con una doble línea, continua y amarilla, por lo tanto, no existen zonas de rebase y el porcentaje se establece igual a cero. Finalmente, se observa en la tabla número 4, con los resultados encontrados anteriormente, el factor resultante para la capacidad de distribución por sentido, que terminó siendo de 0.9.

Se pueden observar tanto los cálculos realizados como la tabla empleada a continuación:

F cb: Representa el factor por ancho del carril y berma. El ancho del carril, ya se poseía con anterioridad, pero, para el cálculo del ancho de la berma, se utilizó Google Earth. En esta aplicación, se pudo observar que el ancho no era lo suficientemente grueso para ser mayor a un metro, ni lo suficientemente delgado para ser menor a este valor. Por lo tanto, se concluyó, que el ancho de la berma debía de ser igual a 1 m. Tras esto, y teniendo en cuenta que el ancho del carril, que es de 3.55 m, no está incluido en la tabla número 5, se tuvo que realizar una interpolación, para que finalmente, se determinara un factor de 0.985

F p: Representa el factor de vehículos pesados. Para este cálculo, se tuvo en cuenta una pendiente del 0%, que fue la encontrada anteriormente con la ayuda

de Google Earth. Luego, se calculó la cantidad total de vehículos pesados proyectados en esta hora pico, y se compararon con la cantidad total de vehículos. Los resultados son mostrados a continuación:

6. Pre-dimensionamiento de la intersección: Para la resolución de dicho problema, primero se debe de encontrar el número de carriles, que requiere la sección de entrecruzamiento. Para esto, se tuvieron en cuenta todas las maniobras en cada uno de los accesos, que fueron proyectados al 2030. También, se proyectó un giro en U, ya que este será posible en la futura glorieta. Se puede observar a continuación el proceso mencionado:

Tras esto, se analizó para cada zona de entrecruzamiento los posibles flujos, dando como resultado lo siguiente:

Finalmente se aplicó la fórmula para el número de carriles, la cual es: N=

W 1 +3 ×W 2+ F 1 + F2 c

Donde,    

W1: Representa el flujo mayor que se entrecruza (ADE/h). W2: Representa el flujo menor que se entrecruza (ADE/h). F1, F2: Representan los flujos exteriores que no se entrecruzan (ADE/h). C: La capacidad máxima del carril, calculada anteriormente.

De todas las N encontradas, se eligió la menor, ya que el equipo considera que la menor N posible es la que mejor se puede acomodar al espacio disponible. Continuando con la resolución del problema, se prosigue a calcular y diseñar la glorieta. Para este procedimiento, primero se realizó una ortofoto en Google Earth, y se organizó de tal forma que coincidiera con las coordenadas, para así lograr tener medidas reales sobre dicha foto. Tras esto, se trazó sobre la misma foto anterior, un cuadrilátero que tuviese un alcance suficiente para cubrir toda el área de la futura glorieta, pero, que redujera a su vez la afectación en las zonas habitadas adyacentes. Después, se realizaron las líneas por donde irían las vías tanto de entrada como de salida y en la glorieta. Estas deben de cumplir siempre con los 60° de entrada y los 30° de salida para los respectivos vértices del cuadrilátero. Luego, se prosiguió con la creación de los dos carriles adyacentes a cada vía, con un ancho por carril de 3.55m. Después de esto, se crearon la isleta central, y el círculo de la glorieta, en base a sus respectivas especificaciones de medidas y sus diámetros. Se continuó con el trazado de los círculos que permiten calcular los radios de entrada y salida de los carriles. En este punto, se tuvo en cuenta que el radio de entrada era de 30m y el

de salida de 40 m. Una vez creados estos círculos, estos fueron proyectados para crear los carriles con su respectivo ancho. Finalmente, se realizó un recorte de todas las partes no necesarias de los círculos, permitiendo una visualización de la glorieta mejor configurada. Una vez realizado todo este procedimiento, se lograron calcular las L de isleta a isleta. Tras esto, se logró la configuración final de la glorieta, que permitió determinar la Qp, y compararla a su vez con los volúmenes que pasan por esta. Según el resultado de esta comparación se puede determinar si la glorieta cumple o no. Se emplearon las siguientes fórmulas: 160 ×W (1+ Q p= (1+

e ) W

W ) L

Donde: e=

( e1 +e 2) 2

El equipo realizó 3 glorietas diferentes teniendo en cuenta el rango de 0,25