anÁlisis de la consistencia del trazado de...
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ANÁLISIS DE LA CONSISTENCIA DEL TRAZADO
DE CARRETERAS CONVENCIONALES MEDIANTE
EL EMPLEO DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN
GEOGRÁFICA Y MODELOS PREDICTIVOS DE LA
VELOCIDAD DE OPERACIÓN.
APLICACIÓN PRÁCTICA
ALFREDO MUÑOZ ALARCÓN
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
Servicio de Planificación y Proyectos
Área de Carreteras e Infraestructuras de la Diputación de Valencia
JOSÉ MANUEL CAMPOY UNGRÍA
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
Consultor
Inproaudit
JOSÉ VICENTE PERIS PLA
Ingeniero Técnico de Obras Públicas
Servicio de Planificación y Proyectos
Área de Carreteras e Infraestructuras de la Diputación de Valencia
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RESUMEN DOCUMENTAL
El Instituto Geográfico Nacional (IGN) mediante el Plan Nacional de Ortofoto Aérea ha
obtenido la información geográfica LIDAR (Light Detection And Ranging) que puede obtenerse
de manera gratuita, previa solicitud por escrito, a través del Instituto Cartográfico Valenciano
(ICV).
La información LiDAR procesada con un sistema específico de interpolación
especialmente desarrollado permite obtener un Modelo Digital del Terreno (MDT) con una
óptima precisión de resultados. El procedimiento y los algoritmos de interpolación empleados
para la generación del MDT ponen especial atención a la clasificación de los puntos LiDAR, y al
tratamiento del entorno de la propia carretera y de sus estructuras mediante una rasterización
previa.
Esta metodología, permite obtener un MDT suficientemente preciso para la
caracterización geométrica de la carretera que no puede conseguirse con otros sistemas de
generación de modelos digitales del terreno basados en triangulación a partir de estos puntos.
Este MDT puede ser empleado en estudios de planeamiento y en estudios previos de
mejora del trazado de la carretera, constituyendo en sí misma una muy valiosa información
alternativa a la costosa y lenta obtención de cartografías convencionales procedentes de
restitución fotogramétrica que pueden no ser necesarias en este tipo de estudios previos.
La caracterización geométrica de la carretera, en planta y en alzado, empleando también
metodología específica, abre un amplio campo de análisis que permite detectar deficiencias
tanto a nivel funcional como, sobre todo, de seguridad vial del tramo objeto de estudio.
El establecimiento, a partir de la geometría en planta y alzado, de perfiles de velocidad,
bien sea mediante la aplicación de los preceptos vigentes en la normativa española o
apoyándose en modelos empíricos resultado de investigaciones recientes, como por ejemplo el
modelo adoptado por la Federal Highway Administration (FHWA), permite efectuar una primera
valoración de aspectos tan fundamentales para la seguridad viaria como la suficiencia de
visibilidad de parada, la validez de la señalización y balizamiento, la necesidad de adopción de
sistemas de protección de motociclistas y, la consistencia del trazado.
Este análisis facilita la toma de decisiones sobre la mejora de la red viaria, y se traduce
en una mayor eficiencia en el uso de los recursos, proporcionando la información necesaria para
acometer actuaciones, tales como mejoras locales de la geometría, de la visibilidad, la
señalización, el balizamiento, o los sistemas de contención.
La información generada en el proceso constituye asimismo un excelente punto de
partida para todo tipo de estudios relacionados con la planificación, el proyecto y la seguridad
vial que puedan desarrollarse sobre la carretera.
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TEXTO COMPLETO DEL TRABAJO
1.- INTRODUCCIÓN
1.1. OBJETO
El objeto de este estudio es poner de manifiesto el potencial que supone, tanto en el
ámbito de la planificación y proyección, como a nivel de conservación y explotación de una red
de carreteras, un mejor conocimiento de la realidad geométrica y operacional de las carreteras
en servicio.
Para ello, los trabajos de ingeniería desarrollados se han centrado en la carretera CV-
425, de Buñol a la N-330, en el tramo comprendido entre la glorieta de acceso sur a Macastre y
la glorieta de conexión con la CV-580 de Anna a CV-425 (por Dos Aguas), en una longitud
aproximada de 12 km., con tramos de orografía y geometría variable de suficiente interés. La
carretera tiene una Intensidad Media de Circulación ligeramente inferior a los 1.000
vehículos/día, con una calzada aproximada de 7 metros y carece de arcenes. El porcentaje de
vehículos pesados supera el 20%, apreciándose también un considerable tránsito ciclista y
motociclista durante los fines de semana.
Figura 1. Ubicación del tramo de la carretera CV-425 objeto de estudio
Dichos trabajos, permitirán la caracterización de la geometría de la carretera, la
estimación de las velocidades de operación relacionadas con dicha geometría, el análisis de las
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distancias de visibilidad disponibles y requeridas, la evaluación de la consistencia del trazado, y
la concreción de sus necesidades de señalización y balizamiento, identificando además cuáles
de ellas cumplen con los requisitos geométricos mínimos para adoptar sistemas de protección
de motociclistas de acuerdo con las Ordenes Circulares aplicables a tal efecto.
Los resultados se han generado en formato CAD y PDF de modo que puedan ser
incorporados a las aplicaciones específicas de gestión de la Conservación y Explotación de las
Administraciones con competencias viarias.
1.2.- CARACTERÍSTICAS DE LA RED PROVINCIAL DE LA DIPUTACIÓN DE VALENCIA
El actual contexto económico ha disminuido considerablemente los recursos que las
administraciones destinan a la gestión del patrimonio viario. Existe un amplio consenso en el
sector de profesionales dedicados a la gestión de las infraestructuras viarias del nivel mínimo de
inversión que debe mantenerse, por parte de las administraciones públicas, coincidente con las
necesidades de conservación del patrimonio por encima de unos mínimos estándares de calidad
y seguridad.
No obstante, destinando exclusivamente los recursos que precisa la conservación
ordinaria de carreteras, e incluso la extraordinaria, no se conseguirá seguir reduciendo los
actuales índices de accidentalidad de la red convencional, gestionada en su mayor parte por las
Diputaciones Provinciales.
La red de carreteras secundaria, gestionada por la Diputación, tiene una longitud
aproximada de 1.785 km, representando un 52,5% de la red de carreteras de la provincia de
Valencia. No obstante, el tráfico que la transita supone tan sólo el 14% del total.
Tabla 1. Distribución competencial de carreteras en la Provincia de Valencia
La red provincial se caracteriza por la elevada heterogeneidad del tráfico que la utiliza,
que abarca desde vehículos agrícolas, hasta un importante porcentaje de vehículos pesados, y
vehículos de dos ruedas, en especial ciclistas y motociclistas.
Aproximadamente la mitad de la red provincial presenta una muy baja intensidad de
circulación (IMD < 500 vh/día). El 72% de las carreteras son vías de baja intensidad de tráfico
(IMD < 2000) por las que circula tan sólo un 16% del tráfico. El 28% restante de las carreteras
provinciales se clasifican como de alta o muy alta intensidad de circulación; acumulando el 84%
del tráfico.
IMD
(km) % (veh/dia)(millones
veh*km*año)%
Diputación 1.785 52,5% 2.271 1.509 14%
Generalitat 803 23,6% 8.755 2.566 24%
MºFomento 815 23,9% 22.608 6.725 62%
3.403 10.800
LONGITUD TRÁFICO
TITULAR
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Tabla 2. Análisis de la red provincial en función de la intensidad circulatoria
Figura 2. Distribución red provincial según intensidad de circulación
Las diferencias de la red provincial, respecto a las redes de competencia autonómica y
estatal, requiere la adopción de tratamientos y soluciones que presentan muchas
particularidades con respecto al resto de las citadas.
La red de carreteras provincial presenta una sección transversal con unas dimensiones
insuficientes en gran parte de la misma. Resulta significativo que un tercio de la red todavía
presenta una sección con un ancho de plataforma inferior a 5 metros, y que dos tercios de la red
todavía no dispone de arcenes. En los siguientes gráficos se muestra la distribución porcentual
de anchos de plataforma y arcenes.
IMD
(veh/día) Km % mill veh-km %
<500 852 48% 63 5%
500-1.000 246 14% 66 5%
1.000-2.000 191 11% 97 7%
2.000-5.000 251 14% 298 22%
5.000-10.000 149 8% 381 28%
10.000-15.000 74 4% 336 24%
>15.000 21 1% 137 10%
Total 1785 1.379
Longitud Tráfico
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Figura 3. Distribución de anchos de plataforma red Diputación de Valencia
Figura 4. Distribución de anchos de arcenes red Diputación de Valencia
La insuficiencia en las dimensiones de la sección transversal, y en especial la carencia de
arcenes, tiene una repercusión directa sobre la funcionalidad y la seguridad de las carreteras.
Además, en la actualidad existe evidencia científica de la relación entre la accidentalidad
en las carreteras y la inconsistencia de su trazado. Cuando el trazado de la carretera requiere
variaciones bruscas de la velocidad de los conductores resultará mucho más fácil que se
produzca un accidente. Y esta circunstancia es la que se produce habitualmente en las carreteras
convencionales de competencia provincial que discurren por entornos accidentados y que han
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evolucionado, en algunos casos, desde caminos antiguos con trazados muy deficientes que han
visto mejorado su firme y ampliada su sección, pero no su geometría.
Figura 5. Evolución de la accidentalidad en la Red de Carreteras de la
Diputación Provincial de Valencia
El gráfico anterior muestra la evolución de los accidentes, con o sin víctimas, en la red
provincial. Se observa, durante el último quinquenio, una estabilización del número de
accidentes o incluso un repunte de los mismos.
El siguiente gráfico muestra la evolución de los accidentes con víctimas mortales
habiéndose reducido durante los últimos años hasta la cifra de siete muertos.
Figura 6. Evolución de la mortalidad en la Red de Carreteras de la
Diputación Provincial de Valencia
Por lo tanto, y habiéndose conseguido durante los últimos años una red de carreteras
de un aceptable nivel de calidad, seguirá siendo necesario acometer actuaciones de mejora de
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carreteras existentes, con el objetivo fundamental de aumentar su seguridad vial, prescindiendo
tal vez de otras consideraciones en el diseño (comodidad, estética); sobre todo en aquellas
carreteras de baja o muy baja intensidad de tráfico. Estas actuaciones tendrán en ocasiones
carácter local, y serán actuaciones de mejora de la infraestructura existente, aprovechando la
vía existente en aquello que no vaya en detrimento de la seguridad, con una adecuada
integración ambiental y una alta eficacia y eficiencia de la inversión.
El siguiente diagrama muestra el número de accidentes producidos en la red provincial
durante el año 2014. El número de víctimas de los accidentes ha ascendido a 506, con una
distribución de 7 muertos, 51 heridos graves y 448 heridos leves.
Figura 7. Diagrama de distribución de accidentes y víctimas en la red provincial
La vigente Norma 3.1 – IC. Trazado, de la Instrucción de Carreteras, establece, en el
apartado 1.2. Objeto y ámbito de aplicación, que será aplicable a:
proyectos de carreteras de nuevo trazado, con las peculiaridades derivadas de su
función y tipo, que se exponen en los sucesivos capítulos y apartados
Excepcionalmente, se podrán admitir cambios de los criterios desarrollados en la
presente Norma con la suficiente y fundada justificación.
En casos especiales, no contemplados en la presente Norma, el proyectista podrá
acudir a las guías y textos publicado por el organismo titular de la carretera, o a la
realización de estudios específicos
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En proyectos de carreteras urbanas, de carreteras de montaña y de carreteras que
discurran por espacios naturales de elevado interés ambiental o acusada fragilidad
y de mejoras locales en carreteras existentes, podrán disminuirse las características
exigidas en la presente Norma justificándose adecuadamente.
La definición de los proyectos de actuaciones de mejora en carreteras locales existentes
ajustándose a los estándares de comodidad y estéticos fijados por la Norma de Trazado
presenta importantes inconvenientes de índole técnico, económico y ambiental. La nueva
norma de trazado, todavía no aprobada, incorpora los análisis de consistencia como una
herramienta adicional que puede resultar muy útil para la detección de elementos con mayor
potencial de accidentalidad en los que habría que focalizar los esfuerzos.
2.- MODELO DIGITAL DEL TERRENO
Los trabajos de ingeniería contenidos en este estudio pueden desarrollarse a partir de
diferentes fuentes de información geográfica tales como cartografías digitales obtenidas por
restitución de vuelos fotogramétricos, trabajos topográficos de campo, o levantamientos
masivos obtenidos por escaneado láser terrestre o aéreo.
En este caso concreto, la información geográfica de partida ha consistido en datos LiDAR
procedentes del Instituto Geográfico Nacional (IGN), correspondientes al Plan Nacional de
Ortofoto Aérea (PNOA). La información geográfica LiDAR ha sido facilitada por el Instituto
Cartográfico Valenciano (ICV), como organismo competente en la distribución de la información
geográfica del IGN en la Comunidad Valenciana.
LIDAR (un acrónimo del inglés Light Detection and Ranging o Laser Imaging Detection
and Ranging) es una tecnología que permite determinar la distancia desde un emisor láser a un
objeto o superficie utilizando un haz láser pulsado. La distancia al objeto se determina midiendo
el tiempo de retraso entre la emisión del pulso y su detección a través de la señal reflejada.
La información geográfica LiDAR original es procesada con un sistema específico de
interpolación especialmente desarrollado para obtener un Modelo Digital del Terreno (MDT)
con una adecuada precisión de resultados. Los ficheros originales contienen una nube de puntos
georreferenciados, resultado de la reflexión del haz láser, con una precisión variable que puede
rondar los 20-30 centímetros en altura y menos de 1 metro en planta. La precisión es mayor en
superficies de reflexión claras como sucede con la plataforma de la carretera; y menor en
superficies inclinadas y con abundante vegetación. La densidad de la nube de puntos es de 0,5
puntos/m2.
El procedimiento y los algoritmos de interpolación empleados ponen especial atención
a la clasificación de los puntos LiDAR, y al tratamiento del entorno de la propia carretera y de
sus estructuras mediante una rasterización previa.
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Esta metodología, permite obtener un MDT suficientemente preciso para la
caracterización geométrica de la carretera que no puede conseguirse con otros sistemas de
generación de modelos digitales del terreno basados en triangulación a partir de estos puntos.
En el tramo en estudio se ha procedido a un análisis comparativo de ambas técnicas,
obteniéndose una variación suave de pendiente longitudinal de la carretera con el método de
interpolación empleado en el trabajo, frente a variaciones bruscas de cota obtenidos mediante
triangulación.
Estos saltos de cota provocados por la triangulación, se encuentran evidentemente
alejados de la realidad. La magnitud del error habría sido en este caso inasumible para abordar
una correcta caracterización geométrica de la carretera (figura 8).
Figura 8. Perfil longitudinal de un MDT obtenido a partir de triangulación (izquierda) y perfil
longitudinal obtenido mediante algoritmos basados en rasterización (derecha)
El tratamiento específico de los ficheros originales con extensión .las procedentes del
vuelo LiDAR permite asimismo la incorporación de las estructuras al modelo. Ésta, junto con una
resolución de 1 m en lugar de 5 m y una clasificación de puntos LiDAR especialmente cuidada y
revisada para este análisis, es una diferencia muy importante con respecto a la utilización de los
MDT disponibles a través del IGN (figura 9).
El resultado, convenientemente curvado, se proporciona en forma de una cartografía
dwg apta para su uso, tanto por los servicios de conservación y explotación, como por los
técnicos de seguridad vial y de planificación y proyectos. Esta cartografía puede ser empleada
en estudios de planeamiento y en estudios de mejora del trazado de la carretera, constituyendo
en sí misma una muy valiosa información alternativa a la costosa y lenta obtención de
cartografías convencionales procedentes de restitución fotogramétrica que pueden no ser
necesarias en este tipo de estudios previos.
a)
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b)
Figura 9: MDT del mismo tramo de carretera: a) curvado del MDT05 del IGN sin estructuras y
con 5 m de resolución y b) curvado del MDT de 1 m de resolución donde se han incluido las estructuras
3.- CARACTERIZACIÓN GEOMÉTRICA DE LA CARRETERA
La restitución geométrica de la carretera, en planta y en alzado, se ha llevado a cabo
empleando software específico, así como un sistema de ajuste de rectas, curvas circulares y
curvas tipo clotoide basado en la variación de azimuts.
La caracterización geométrica del eje de la carretera se consigue mediante el ajuste a la
polilínea del eje de la ortofotografía aérea obtenida por el IGN mediante el Plan Nacional de
Ortofoto Aérea.
Esta sistemática genera menos ruido que el habitual ajuste por curvaturas y permite
identificar mejores alineaciones de ajuste. Para facilitar su interpretación y consulta, el resultado
se presenta en formato de planos de proyecto: planta sobre ortofotografía con el eje rotulado,
y planta y alzado con rasantes rectas y curvas de acuerdo parabólico (figuras 10 y 11).
Figura 10. Presentación de la información geométrica de planta en formato de proyecto con
rotulación de marcas fijas, kilometraje y puntos singulares
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Figura 11. Presentación de la información geométrica en alzado con rotulación de rasantes,
acuerdos verticales, puntos singulares y diagrama de curvaturas
La información así presentada resulta de interpretación inmediata y es apta para su uso
en todo tipo de estudios, incluidos los de seguridad vial, planificación, y proyecto, superando
ampliamente la información geométrica contenida en la actual base de datos visual de que
dispone la Diputación de Valencia.
Su disponibilidad en formato PDF o CAD los hace asimismo útiles para su incorporación
en nuevas bases de datos digitales, informes y estudios en redacción.
4.- PERFILES DE VELOCIDAD
La estimación de las velocidades reales practicadas por los conductores en una carretera
existente es una información esencial a la hora de evaluar la peligrosidad de las curvas, revisar
la señalización y el balizamiento, o la suficiencia de las visibilidades de parada, adelantamiento
o cruce disponibles.
A tal efecto, los conceptos de velocidad específica y velocidad de proyecto reflejados en
la vigente Instrucción de Trazado de Carreteras 3.1 IC, así como en el borrador de la nueva
norma, se han mostrado totalmente insuficientes para predecir la velocidad real de los
conductores una vez construida la carretera.
En carreteras locales que discurren por terrenos ondulados o accidentados existe una
gran variabilidad de las velocidades de circulación que aplican los usuarios a lo largo del
recorrido. La velocidad de proyecto resulta ser poco o nada representativa de las velocidades
reales de los vehículos que circulan siendo éstas últimas habitualmente superiores a aquélla.
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En autopistas y autovías, por ejemplo, la velocidad de operación de los vehículos puede
ser similar o incluso inferior a la velocidad de proyecto, pero en determinadas carreteras locales
sucede lo contrario; las velocidades reales pueden ser superiores, en la mayor parte del tramo,
a la hipotética velocidad de proyecto.
En consecuencia, en las carreteras convencionales cobra mayor importancia el
conocimiento de las velocidades reales de circulación a través de perfiles estimativos de la
velocidad de operación.
En el presente trabajo se han empleado dos metodologías distintas, aunque
complementarias, para la estimación del perfil de velocidad del tramo de carretera analizado.
4.1.- MODELO BASADO EN LA NORMATIVA VIGENTE DE CARRETERAS
La Norma 8.1 I.C Señalización Vertical de la Instrucción de Carreteras, aprobado por
Orden FOM/534/2014, de 20 de marzo, del Ministerio de Fomento, establece en su capítulo 8
la regulación de la señalización y balizamiento de curvas para asegurar la seguridad de
circulación en ellas. A pesar de que el ámbito de aplicación de dicha Norma se refiere a la
señalización vertical de la Red de Carreteras del Estado, se viene aplicando con carácter general
en el resto de redes no estatales, con el objetivo de aumentar la seguridad de la circulación
mediante la homogeneidad de los elementos utilizados, su implantación y los criterios de
aplicación.
Considerando la señalización y el balizamiento como elemento fundamental para
garantizar la seguridad de la carretera, por la ayuda a la lectura que el conductor hace del
trazado, se ha desarrollado, en el Servicio de Planificación y Proyectos, un perfil de velocidad
basado en las determinaciones de la Norma.
La Norma vigente ha armonizado los valores de rozamiento movilizado en curvas, a
efectos de señalización, con los establecidos en la normativa de trazado. De esta manera se
propone señalizar las curvas, en caso necesario, para una velocidad de tránsito en condiciones
óptimas de comodidad. La anterior Norma, vigente hasta marzo de 2014, establecía un único
coeficiente de rozamiento transversal movilizado en curvas, igual a 0,25, independientemente
de la velocidad de paso por curva. Por tanto, a partir de la aprobación de la revisión de la Norma,
disminuyen las velocidades de señalización de aquellas curvas que lo requieren; en función del
decremento de velocidad experimentado desde el tramo recto anterior hasta la curva objeto de
análisis, y asimilándose a las velocidades específicas establecidas en la Instrucción de Trazado.
El balizamiento de la curva precisa la estimación de la velocidad de aproximación a la
curva. Se emplea un modelo de aceleración basado en las prestaciones de un vehículo estándar
de 100 CV de potencia y una velocidad máxima de 175 km/h. Las aceleraciones del vehículo son
mayores a bajas velocidades e incluyen el efecto de la pendiente longitudinal. La deceleración
se considera constante e independiente de la velocidad y se corresponde con una aplicación de
los frenos que permite reducir 7 km/h por segundo de aplicación.
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Tanto el modelo de aceleración como el de deceleración se han mantenido en la revisión
de la Norma, aunque se ha variado el procedimiento de cálculo que ha pasado de ser gráfico a
tabulado.
En el siguiente gráfico (figura 12) se muestra el perfil de velocidad obtenido para una
sucesión de dos curvas de la carretera CV-425, de 47 metros (38,8 km/h) y 69 metros (46 km/h)
de radio respectivamente, separadas por una recta de 125 metros de longitud. La velocidad de
aproximación estimada es de 70,1 km/h y la disminución de velocidad hasta la curva es de 24,1
km/h.
Figura 12. Perfil de velocidad obtenido por aplicación de la Norma 8.1. I.C Señalización Vertical
En la figura 13 se comparan los perfiles obtenidos, para la misma sucesión de elementos,
con las normas de señalización vigente y derogada, muestra el perfil de velocidad obtenido para
una sucesión de dos curvas de la carretera CV-425, de 47 metros (43,8 km/h) y 69 metros (53,0
km/h) de radio respectivamente, separadas por una recta de 125 metros de longitud. La
velocidad de aproximación estimada es de 72,7 km/h y la disminución de velocidad hasta la
curva es de 19,7 km/h.
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Figura 13. Comparación de perfiles de velocidad obtenidos por aplicación de las normas, vigente y derogada, de Señalización Vertical
Por lo que respecta a la velocidad máxima alcanzable en rectas de longitud
suficiente, se considera, en la revisión de la norma, el límite legal de 120 km/h. Sin embargo, el
Reglamento General de Circulación establece, en el artículo 48, los siguientes límites legales de
circulación:
“En carreteras convencionales señalizadas como vías para automóviles y en el resto
de carreteras convencionales, siempre que estas últimas tengan un arcén pavimentado de 1,50
metros o más de anchura: turismos y motocicletas, 100 kilómetros por hora. En el resto de las
vías fuera de poblado: turismos y motocicletas, 90 kilómetros por hora.”
Para el análisis de la máxima velocidad de aproximación en las rectas se ha
mantenido el criterio de la anterior norma de señalización, considerando como límite la
velocidad legal incrementada en un 20%. No disponiendo la carretera CV-425 de arcenes de 1,50
metros el límite alcanza los 108 km/h.
En la figura 14 se muestra el perfil de velocidad obtenido para una sucesión de dos
curvas de la carretera CV-425 separadas por una recta de 992 metros de longitud. La curva
anterior tiene un radio de 100 metros y una velocidad específica de 54 km/h. La curva siguiente
presenta 48 metros de radio y una velocidad específica de 39,1 km/h. La velocidad de
aproximación se limita a 108 km/h, y la disminución de velocidad hasta la siguiente curva es de
69 km/h.
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Figura 14. Perfil de velocidad obtenido por aplicación de la Norma 8.1. I.C Señalización Vertical para una recta independiente
La programación de estos modelos ha permitido obtener un perfil de velocidad continuo
para todo el tramo objeto de estudio. A continuación se muestra el perfil obtenido para un
tramo de tres kilómetros y medio de longitud aproximada.
Figura 15. Perfil de velocidad obtenido por aplicación de la Norma 8.1. I.C Señalización entre los p.k’s 9+150 y 12+750 de la carretera CV-425
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4.2.- MODELOS EMPÍRICOS DE ESTIMACIÓN DE LA VELOCIDAD DE OPERACIÓN
(IHSDM)
La estimación de las velocidades reales practicadas por los conductores es esencial a la
hora de evaluar la consistencia del trazado, entendida como la adecuación de éste a las
expectativas del usuario de la vía.
Dado que la velocidad no es única para todos los conductores en una misma sección de
la carretera, se ha convenido a nivel internacional, que la velocidad que debe considerarse en
estos modelos sea la correspondiente al percentil 85, es decir, aquella que previsiblemente sólo
sería superada por el 15% de los conductores. Este percentil cubre a la mayoría de conductores
y se considera un valor suficientemente conservador. La representación gráfica conjunta de los
puntos kilométricos, en abscisas, y de las velocidades V85, en ordenadas, da lugar a lo que se
conoce como perfil de velocidad de operación de un tramo de carretera (Figura 5). Se trata de
una estimación mucho más certera que la que supone considerar una única velocidad de
proyecto para todo un tramo (tal y como se hace en fase de diseño).
Esta realidad está llevando a importantes esfuerzos de investigación a nivel nacional e
internacional para encontrar correlaciones explicativas de la velocidad basadas en las propias
características geométricas del trazado.
El borrador de la Nueva Norma 3.1 – IC. Trazado, de la Instrucción de Carreteras,
introduce en su articulado el análisis de la consistencia del trazado en planta en carreteras
convencionales. Sin embargo, no establece un procedimiento para la estimación de las
velocidades de operación, que califica como velocidades operativas características, exigiendo
tan sólo una justificación adecuada de las mismas.
Para el análisis de la consistencia de la carretera CV-425, y a falta de un procedimiento
calibrado aplicable a las redes convencionales estatales, se han utilizado los modelos adoptados
por la Federal HighWay Administration (FHWA), basados en miles de observaciones reales y
datos de campo. Estos modelos, de carácter fundamentalmente empírico y que tienen en cuenta
por tanto, el comportamiento del conductor, son el resultado de una costosa investigación y
resultan una mejor aproximación a la realidad de la conducción que los conceptos de velocidad
tradicionalmente usados en la normativa española, por lo que se muestran como una poderosa
herramienta para estudios relacionados con la mejora de la seguridad vial.
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Figura 16. Perfil de velocidad de operación (V85) obtenido mediante el IHSDM
Los modelos de la FHWA permiten su aplicación sistemática a carreteras de
características geométricas conocidas. Estos modelos toman en consideración tanto el trazado
en planta, como también en alzado y en sección transversal y son aplicables tanto a tramos de
carretera convencional de baja velocidad (como pueden ser las carreteras de montaña) como
de alta velocidad (carreteras interurbanas de amplios radios) y se basan en modelos
desarrollados a partir de intensas investigaciones basadas en mediciones reales de velocidad y
aceleración.
En el futuro, es esperable que los esfuerzos realizados desde los centros de investigación
y las Universidades, entre las que destaca la Universidad Politécnica de Valencia, puedan dar
lugar a modelos más ajustados a las condiciones de circulación locales, sin embargo, la aplicación
del Interactive Highway Safety Design Model (IHSDM) hoy, es ya de por sí un muy considerable
avance en el conocimiento de la realidad operacional de la carretera, habiendo sido el modelo
empleado en este trabajo.
Sus resultados permiten una primera valoración de aspectos tan importantes como la
suficiencia de visibilidad para determinadas maniobras, la identificación de ubicaciones
especialmente peligrosas o la idoneidad de los sistemas de protección, señalización y
balizamiento de carreteras en servicio de forma alternativa a una costosa medición de
velocidades en campo, raramente acometida.
La determinación del perfil de velocidades en la carretera CV-425 ha requerido una
tramificación previa a la que aplicar los modelos de baja y alta velocidad establecidos por el
IHSDM. En cualquier caso, los tramos de baja velocidad, correspondientes a una orografía
accidentada, son aquéllos en los que resulta más difícil el cumplimiento de los parámetros de
diseño geométrico y de la normativa de señalización, balizamiento y contención.
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Para carreteras de baja velocidad, tal y como es la carretera estudiada, en la que la
velocidad de operación es inferior con frecuencia a 60 km/h, la velocidad de operación que
propone el modelo experimental es una función principalmente del radio.
La velocidad de operación se determina, en primer término, para los distintos elementos
del trazado, rectas o curvas, dependiendo fundamentalmente de la longitud de los tramos
rectos, el radio de las curvas, la velocidad señalizada y un índice de la peligrosidad de la vía. Para
completar el perfil de velocidades se utilizan tasas de aceleración y deceleración dependientes
también fundamentalmente del radio de la curva anterior o posterior. Finalmente es necesario
ajustar el perfil para considerar el efecto que las rampas de longitud prolongada puedan generar
en las velocidades de operación.
Se observa que las velocidades de operación estimadas por los modelos empíricos son
sensiblemente superiores, sobre todo en curvas de radio reducido, a las velocidades específicas
fijadas por las norma de trazado y, de señalización y balizamiento, de la Instrucción de
Carreteras. En consecuencia las velocidades específicas homogeneizadas en las normas
anteriores presentan limitaciones en los análisis de consistencia por ser inferiores a las
velocidades de operación (V85) observadas en la realidad. En muchos casos el análisis de la
consistencia del trazado utilizando las velocidades específicas de paso por curva fijadas por la
normativa de carreteras estatal, en condiciones de comodidad, conduciría a unos valores de
consistencia peores que los que arroja el empleo de las velocidades de operación.
5.- VISIBILIDAD
La disponibilidad de la caracterización geométrica del trazado, de un perfil de velocidad
y de un modelo digital del terreno permite obtener, por un lado, la distancia de parada que
requiere esa velocidad para cada punto del trazado, y por otro, la visibilidad realmente
disponible atendiendo a la orografía del terreno. Su comparación pone de relieve ubicaciones
en las que la visibilidad disponible no es suficiente para garantizar la detención del vehículo
dentro del campo visual, lo que puede traducirse en un problema de seguridad vial y es, en
cualquier caso, una deficiencia geométrica para los estándares normativos que manejamos en
la actualidad.
El cálculo de la distancia de parada se realiza de acuerdo con la Instrucción de Trazado
3.1 IC, a partir de la velocidad de operación, la pendiente longitudinal y el coeficiente de
rozamiento longitudinal.
En la carretera CV-425, los tramos con déficit de visibilidad de parada son numerosos,
tal y como se muestra en la (Figura 17).
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Figura 17. Representación gráfica a lo largo del trazado de visibilidades requeridas (color rojo) y
disponibles (color verde) para identificación de tramos de insuficiente visibilidad
Donde la visibilidad disponible es inferior a la requerida en 50 m o más, se ha añadido
además una línea en la “guitarra” del perfil longitudinal que identifica puntos kilométricos de
inicio y de fin de esa circunstancia. De esta forma se facilita aún más la identificación de los
tramos de carretera en los que este hecho es especialmente grave, mostrándolo en el mismo
plano en el que se encuentran el longitudinal y la planta, por lo que resulta sencillo interpretar
si la falta de visibilidad se debe a un acuerdo vertical de reducido tamaño o a la falta de despeje
en una curva horizontal.
Figura 18. Representación gráfica en el perfil longitudinal de tramos con visibilidad de parada
considerablemente insuficiente para la velocidad estimada (Vis. Disponible-Vis.requerida≥50m)
A efectos de determinación de la visibilidad disponible, la norma considera que la altura
del obstáculo es de veinte centímetros (20 cm.). Esta condición penaliza y reduce
considerablemente la visibilidad disponible y, en consecuencia, la visibilidad de parada. En
carreteras con una orografía accidentada podría efectuarse un primer análisis considerando, a
21
efectos de obtención de la visibilidad disponible, una altura del obstáculo igual a la altura del
observador de ciento diez centímetros (1,10 metros), asumiendo que el obstáculo que podría
encontrarse con mayor probabilidad y peligrosidad sería otro turismo. Esto permitiría detectar
las zonas con una peligrosidad más acentuada y en las que sería necesario concentrar, en primer
término, los recursos disponibles.
Dado que el análisis se realiza sobre el MDT, se tiene en cuenta sólo el terreno pero no
el resto de obstáculos que también pueden impedir la visión tales como vegetación, muros,
barreras de seguridad, pantallas, señales, etc. No obstante, al tratarse de terreno, los tramos
identificados son con toda seguridad de visibilidad deficiente, aunque pueden no ser únicos.
6.- CONSISTENCIA DEL TRAZADO EN PLANTA
Un diseño consistente es aquél que responde a las expectativas del conductor,
permitiendo mantener una conducción uniforme, con variaciones suaves, predecibles y ausente
de sorpresas. Una primera parte del análisis de la consistencia del trazado se va a centrar en la
detección de las curvas inconsistentes del trazado.
6.1.- ANÁLISIS DE CURVAS
Cuando la velocidad de aproximación a una curva es demasiado alta para la velocidad
que la geometría de esa curva permite, se produce una inconsistencia en el diseño que puede
llevar al conductor a realizar maniobras que deriven en la pérdida de control del vehículo. Una
reducción de velocidad excesiva puede suponer un problema para la seguridad vial y es en todo
caso una circunstancia incómoda que pone en alerta al usuario y que va en detrimento de la
calidad de trazado del itinerario. Las investigaciones desarrolladas a nivel internacional, y que
se incorporan en el borrador de la nueva norma de trazado, convienen en valorar como
inconsistentes, reducciones de velocidad superiores a los 20 km/h.
El análisis de la tipología de accidentes en la red de la Diputación de Valencia refleja que,
en el año 2014, se produjeron un total de 110 accidentes con víctimas en curvas, significando
aproximadamente un tercio del total. Por lo que respecta al número de fallecidos, cuatro del
total de siete se produjeron en accidentes en curvas; lo cual representa más del 50% del total
(figura 19).
En consecuencia, es fundamental abordar un análisis de la peligrosidad de las curvas del
trazado, como paso previo a la revisión de la señalización y balizamiento existente, en primera
instancia, y el acondicionamiento puntual del trazado en una segunda.
22
Figura 19. Distribución de la accidentalidad según tipología del accidente
Los perfiles de velocidad, obtenidos a partir de la caracterización geométrica de la
carretera, son precisamente la mejor forma de identificar curvas inconsistentes.
En el presente trabajo se ha llevado a cabo un análisis comparativo de la consistencia de
todas las curvas del tramo a partir del perfil de velocidad obtenido mediante la aplicación de la
norma de trazado y el perfil experimental que se obtiene por aplicación del IHSDM. La
identificación y cuantificación de la inconsistencia de las curvas se obtiene a partir de la
reducción de velocidad esperable desde el tramo recto precedente.
La norma de señalización contempla unos límites distintos, para la señalización de la
peligrosidad de las curvas, que los convenidos a nivel internacional, y también incorporados al
borrador de la nueva norma de trazado, para la identificación de las curvas inconsistentes. No
obstante, también cabe mencionar que el criterio del IHSDM se aplica al perfil de velocidad de
la V85 mientras que el perfil de la norma no.
Tabla 3. Comparación de criterios de consistencia de trazado y de balizamiento de curvas en función
de la reducción de velocidad desde el elemento precedente
Con la aplicación de los perfiles de velocidad se pueden identificar de forma más certera
las ubicaciones realmente conflictivas, centrando exclusivamente en ellas las necesidades de
BALIZAMIENTO SEÑALIZACIÓN
Panel triple P-13 ó P-14 + 2 S-7
Panel doble P-13 ó P-14 + S-7
Panel simple P-13 ó P-14
CRITERIO IHSDM CRITERIO 8.1 - I.C
REDUCCIÓN VELOCIDADREDUCCIÓN VELOCIDAD
45
4515 30
15
23
mejora. Esta forma de proceder puede suponer un considerable incremento en la eficacia de la
inversión y una notable reducción de los costes posteriores de conservación.
En el trabajo desarrollado se han analizado la totalidad de las curvas presentes en el
tramo de carretera tanto en sentido directo, como inverso, habiéndose identificado numerosas
curvas inconsistentes a las que debe prestarse especial atención.
A modo comparativo, para todas ellas se ha confeccionado una ficha que identifica la
curva, su radio, sus coordenadas, la reducción de velocidad, si se trata de una curva
inconsistente en la que se recomiende reforzar la señalización y balizamiento, y cuál es el
esquema tipo de señalización que debe adoptarse si se aplica el modelo de la vigente Instrucción
de Señalización Vertical 8.1 IC.
Las fotografías incluidas en cada ficha a modo de plano de planta y desde el punto de
vista del conductor, facilitan además tanto la identificación de la curva, como su situación actual
(figura 20).
24
Figura 20. Ficha tipo indicativa de la severidad de la curva según perfil de velocidad IHSDM y
de necesidades de señalización y balizamiento según norma 8.1 IC
La observación de las fichas permite detectar discrepancias importantes entre la
señalización propuesta por la 8.1. IC y la necesaria de acuerdo con el decremento de velocidad
que se produce según el modelo del IHSDM.
Además, desde la entrada en vigor de las órdenes circulares O.C. 18/04 y 18bis/08 sobre
criterios de empleo de sistemas para protección de motociclistas, han sido muchas las dudas
que han surgido en las Administraciones con competencia en materia de carreteras referentes
a su aplicación generalizada, debido fundamentalmente a los ambiciosos criterios de
implantación que contienen.
En una red de carreteras como la de la Diputación de Valencia, existe una gran cantidad
de tramos en los que este tipo de protección cumple con los criterios establecidos en dichas
órdenes circulares, lo que se traduciría en una considerable inversión.
25
La Orden Circular 18/2004 sobre “Criterios de empleo de sistemas para protección de
motociclistas”, para carreteras de calzada única con arcén menor de 1,5 metros propone el
empleo de sistema de protección de motociclistas tipo continuo en el lado exterior de las
alineaciones curvas en las que la velocidad específica sea inferior en más de 30 km/h a la de la
alineación inmediatamente inferior. Posteriormente la Orden Circular 18bis/2007 sobre
“Criterios de empleo de sistemas para protección de motociclistas”, para carreteras de calzada
única con arcén menor de 1,5 metros amplió los criterios de aplicación de los sistemas de
protección tipo continuo al lado exterior de las alineaciones curvas de radio inferior a doscientos
(200) metros; incluyendo en las alineaciones indicadas las curvas de acuerdo.
Significar que ambas Órdenes Circulares empleadas en el estudio han sido derogadas
por la Orden Circular 35/2014 sobre Criterios de Aplicación de Sistemas de Contención de
Vehículos. No obstante, la nueva Orden mantiene, para la carretera analizada, los criterios para
la colocación de los sistemas de protección de motociclistas.
Figura 21. Inclusión en la ficha tipo de cada curva de la confirmación de que se cumplen los requisitos
establecidos en la OC 18/04 y 18bis/08 para protección de motociclistas
El uso de los perfiles de velocidad permite de nuevo priorizar actuaciones y hacerlas
compatibles con las disponibilidades presupuestarias. Una curva inconsistente tiene un riesgo
mayor de accidentalidad que una que no lo es; aunque ambas dispongan de un radio menor que
el que consideran estas dos órdenes circulares o la velocidad específica de la curva sea reducida.
Desde esta perspectiva, las fichas desarrolladas en el presente trabajo para cada curva,
contienen asimismo una confirmación de que las características geométricas cumplen con los
criterios de las citadas órdenes de modo que, de un solo vistazo, se pueda consultar a la vez la
severidad de la curva y la necesidad normativa de plantearse un sistema de protección de este
tipo cuando exista barrera de seguridad.
26
6.2.- ANÁLISIS DE LA CONSISTENCIA DEL TRAZADO
Existen numerosos estudios científicos que correlacionan la accidentalidad con
parámetros asociados a las características geométricas de la carretera o a las características de
la circulación; fundamentalmente a la velocidad. El criterio más ampliamente aceptado para
analizar la consistencia en planta utiliza la velocidad de operación como parámetro, observando
la variación que éste experimenta entre elementos consecutivos. Éste es el conocido como
criterio II de Lamm que aplica también el IHSDM.
El borrador de la nueva norma de trazado, 3.1 I.C, de la Instrucción de Carreteras, ya
aplicable a las carreteras estatales según nota interna, introduce la necesidad de abordar, en los
proyectos de carreteras convencionales, estudios de consistencia de su trazado en planta.
Para la redacción de proyectos con velocidad de proyecto inferior a 100 km/h se
consideran aplicables los siguientes criterios, evaluando para cada elemento del trazado su
velocidad operativa característica en la sección de la vía donde se alcance su valor máximo y
justificando su estimación:
Tabla 4. Criterio de consistencia basado en la comparación de la velocidad de operación con la
velocidad de proyecto
En el estudio de la carretera CV-425, para el análisis de la consistencia de su trazado
actual y la localización de elementos con mayor peligrosidad, se ha empleado como parámetro
localizador de las inconsistencias del trazado el segundo criterio que establece la norma y que
hace referencia a la variación de la velocidad de operación entre elementos consecutivos.
Tabla 5. Criterio de consistencia basado en la comparación de la velocidad de operación entre
elementos consecutivos
A continuación se muestra de forma gráfica los resultados obtenidos para el tramo de
carretera CV-425, de doce kilómetros de longitud aproximadamente. El número de curvas
obtenidas tras la caracterización geométrica es igual a 72. Las curvas se han clasificado según el
criterio precedente en: inconsistentes (N20), de consistencia adecuada (N10-20) y de
consistencia excelente (N10). Existen siete curvas en las que la reducción de velocidad requerida
CONSISTENCIA
Inconsistente
Adecuada
Excelente
BORRADOR NORMA 3.1 - I.C
PARA CADA ELEMENTO
20
20
0
CONSISTENCIA
Inconsistente
Adecuada
Excelente
BORRADOR NORMA 3.1 - I.CPARA CADA ELEMENTO
20
20
0
27
desde el tramo recto anterior para adaptar la velocidad supera los 20 km/h clasificándolas como
inconsistentes.
En estas curvas se debe centrar la atención por parte de los responsables de la
conservación de la red para garantizar, por un lado que la señalización y balizamiento son los
adecuados, y por otro supervisar con mayor frecuencia que las condiciones de visibilidad, de
adherencia y los peraltes existentes son los adecuados. Además, a la hora de acometer
actuaciones de mejora de trazado, se debe hacer énfasis en las posibilidades técnicas y
económicas de su mejora.
Figura 22. Clasificación de la consistencia de las curvas según el borrador de la norma 3.1 - I.C
Figura 22. Balizamiento de curvas de conformidad con la norma 8.1 I.C de Señalización vertical
28
La comparación entre las necesidades de balizamiento que requiere la aplicación de la
norma 8.1 - I.C, y las consistencia de las curvas obtenido mediante la aplicación de los criterios
del borrador de la Norma de Trazado 3.1. I.C al perfil de velocidad de operación del IHSDM, para
la carretera CV-425, permite concluir lo siguiente:
En general, las curvas con consistencia pobre deben balizarse con triple panel
direccional. Sólo hay una curva que resulta de doble panel direccional siendo de
consistencia pobre.
La mayor parte de las curvas con consistencia adecuada se recomiendan balizar
con panel simple o doble. Sin embargo en algunas de ellas habría que colocar
triple panel direccional lo cual excedería la severidad de la curva.
Algunas curvas con consistencia excelente deberían albergar doble panel
direccional resultando excesivo para la severidad de la curva.
Se detectan incoherencias como curvas sin reducción de velocidad desde la
recta precedente en las que habría que colocar doble panel direccional.
Figura 23. Comparación necesidades de señalización y consistencia de las curvas del tramo de
carretera CV-425
El borrador de la norma de trazado permite realizar, de forma complementaria, un
análisis de la consistencia mediante el concepto de tasa de cambio de curvatura (CCR) de un
elemento o grupo de elementos del trazado. La tasa de cambio de curvatura es un índice
geométrico que también se utiliza en la literatura científica para medir la consistencia del
trazado.
La norma define la Tasa de Cambio de Curvatura, en gonios por kilómetro, mediante la
expresión:
29
𝐶𝐶𝑅 = 63700 𝛾
𝐿 𝑔𝑜𝑛 𝑘𝑚⁄
Siendo:
𝛾: ángulo entre las tangentes que acotan el elemento (radianes)
𝐿: longitud del elemento (m)
Para elementos circulares, de radio, R, la ecuación se expresa:
𝐶𝐶𝑅 ≈ 6 7
𝑅 𝑔𝑜𝑛 𝑘𝑚⁄
En un tramo que incluya un grupo de elementos se define una tasa de cambio de
curvatura global, en función de la media ponderada de tasas de los elementos consecutivos,
excluidas las alineaciones rectas, mediante la expresión:
𝐶𝐶𝑅𝑠 = ∑ 𝐶𝐶𝑅𝑖 ∙ 𝐿𝑖
𝑛𝑖=1
∑ 𝐿𝑖𝑛𝑖=1
El criterio de consistencia geométrico basada en la tasa de cambio de curvatura es el
siguiente:
Para el tramo de carretera de 12 km de la carretera CV-425 se obtiene la siguiente tasa
de cambio de curvatura global:
∑ 𝐶𝐶𝑅 ∙ 𝐿 𝑛 = = 1.879 gon
∑ 𝐿 𝑛 = = 2,16 km
𝐶𝐶𝑅𝑠 = 871 gon/km
La comparación de las tasas de cambio de curvatura de cada elemento con la
tasa global del tramo permite clasificar los elementos. La figura 24 muestra los
resultados obtenidos. Se observa una clasificación con mayor número de elementos de
consistencia pobre y adecuada, en detrimento de los elementos con consistencia
excelente.
CONSISTENCIA
Inconsistente
Adecuada
Excelente
PARA CADA ELEMENTO
Criterio de consistencia basado en la tasa de cambio de curvatura (CCR).
Borrador Norma de trazado 3.1 - I.C
6 𝑔𝑜𝑛 𝑘𝑚 𝐶𝐶𝑅 𝐶𝐶𝑅𝑠
𝑔𝑜𝑛 𝑘𝑚 𝐶𝐶𝑅 𝐶𝐶𝑅𝑠 6 𝑔𝑜𝑛 𝑘𝑚
𝐶𝐶𝑅 𝐶𝐶𝑅𝑠 𝑔𝑜𝑛 𝑘𝑚
30
Figura 24. Análisis de la consistencia mediante el índice geométrico de la Tasa de Cambio de Curvatura
Después de la aplicación de los distintos criterios normativos de análisis de la
consistencia del trazado en planta de una carretera convencional existente, se considera
que el criterio de comparación de la variación de velocidad entre elementos
consecutivos a partir del perfil de velocidad de operación (V85) puede ser el más
apropiado para el análisis de carreteras existentes. Éste criterio que recoge el borrador
de la nueva norma de trazado fue propuesto por Lamm, y es conocido como el criterio
II de este autor. La aceptación de este criterio, a nivel internacional, se ha visto reflejada
también en España mediante su inclusión en la norma.
A pesar de que los límites para establecer el balizamiento simple, doble, o triple,
de las curvas sean muy distintos a los que recoge el criterio II de Lamm, no existe tanta
discrepancia entre la consistencia obtenida mediante el perfil de velocidad de
operación, y el balizamiento obtenido por aplicación de la norma de señalización y
balizamiento con un perfil de velocidad distinto.
La aplicación de la norma conduce, en algunas curvas, a un excesivo balizamiento
de las curvas que va en detrimento de la credibilidad de la señalización.
No recomendando la nueva norma de trazado la metodología a emplear en la
determinación del perfil de velocidad de operación, se ha utilizado la metodología
empleada por el IHSDM, la cual tiene amplia difusión también a nivel internacional. El
empleo de perfiles de velocidad contrastados para las condiciones de circulación
domésticas permitirá un análisis más certero de la consistencia de los trazados en planta
en proyectos y en el análisis de carreteras existentes.
31
3.- Conclusiones
La Red de Carreteras de la Diputación de Valencia presenta unas características
extremadamente heterogéneas, gestionándose al mismo tiempo carreteras con una elevada
Intensidad Media Diaria (IMD), en ocasiones superior a 10.000 vh/día, y carreteras con una baja
Intensidad Media Diaria coincidiendo con ámbitos orográficos accidentados.
La aplicación de las nuevas tecnologías disponibles de información geográfica,
especialmente los datos Lidar gratuitos obtenidos por el IGN, permite la generación de Modelos
Digitales del Terreno con una elevada precisión y una rapidez y economía considerables.
Estos MDT permiten la caracterización geométrica del trazado en planta y en alzado de
la carretera y, la obtención de perfiles de velocidades.
Los perfiles de velocidad obtenidos permiten efectuar diversos análisis del tramo:
Estudio de la existencia de visibilidad de parada
Estudio de la necesidad de sistemas de contención
Análisis de la señalización vertical
Consistencia del trazado.
Considerando las dificultades, bien sean de carácter técnico o económico, con las que
se encuentran las administraciones que gestionan el patrimonio viario local para cumplir la
normativa aplicable estatal, la obtención y aplicación de un perfil de velocidades permite
profundizar y aumentar en el conocimiento de la problemática viaria referente a su seguridad y
funcionalidad.
La necesidad actual de una gestión eficaz y eficiente de los escasos recursos económicos
para seguir reduciendo la siniestralidad viaria, unido a la baja intensidad de tráfico de la mayor
parte de las carreteras provinciales, va a propiciar la redacción de un mayor número de
proyectos de mejoras locales, en detrimento de proyectos de mayor envergadura con menor
rentabilidad económica.
La aplicación de perfiles de velocidad, contrastados para las características de la
circulación en España, puede ser una herramienta muy útil, y complementaria a la norma de
trazado, para la identificación de las mejoras a acometer en estos proyectos de mejoras locales.
32
4.- Referencias Bibliográficas
Choueiri, E. y Lamm, R. (1987). Recommendation for evaluating horizontal design
consistency based on investigations in the state of New York. Transportation Research Record,
pp. 68-78.
Doyle, F. J. (1978). Digital Terrain Models: an Overview. Photogrammetric Engineering
and Remote Sensing, Vol. 44 (12), pp. 1481-1485.
Fitzpatrick, K., y Collins, J. (2000). Speed-profile model for two-lane rural highways.
Transportation Research Record: Journal of Transportation Research Board, Vol. 1737, pp. 42-
49.
Fitzpatrick, K.; Elefteriadou, L.; Harwood,D.; Collins, J.; McFadden,J.; Anderson,I.;
Krammes, R.; Irizarry,N.; Parma,K.; Bauer,K.; and Passetti, K. (1999).“Speed prediction for two
lane rural highways” Texas Transportation Institute. Report No.FHWA-RD-99-171. U.S
Department of Transportation. Federal Highway Administration
Ministerio de Fomento (1999). Instrucción de Carreteras. Norma 3.1-IC Trazado.
Ministerio de Fomento (2014). Instrucción de Carreteras. Borrador Norma 3.1-IC
Trazado.
Ministerio de Fomento (1999). Norma 8.1-IC Señalización vertical.
Ministerio de Fomento (2014). Norma 8.1-IC Señalización vertical.
Ottesen, J. L., y Krammes, R. A. (2000). Speed-profile model for a design-consistency
evaluation procedure in the United States. Transportation Research Record: Journal of
Transportation Research Board, Vol. 1701, pp. 76-85.
Sithole, G. and Vosselman, G., 2005. “Filtering of airborne laser scanner data based on
segmented point clouds”. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and
Spatial Information Sciences, 36 (Part 3/W19), pp. 66-71
Vosselman, G. and Mass, H., 2010. “Airborne and Terrestrial Laser Scanning.” CRC-
Press (Book). ISBN: 978-1904445-87-6.
Orden Circular 18/2004 sobre “criterios de empleo de Sistemas de Protección de
Motociclistas”
Orden Circular 18bis/2008 sobre “Criterios de empleo de Sistemas de Protección de
Motociclistas”
33
Orden Circular 35/2014 sobre “Criterios de aplicación de sistemas de contención de
vehículos”
Real Decreto 1428/03, de 21 de noviembre, por el que se aprueba el Reglamento
General de Circulación para la aplicación y desarrollo del Texto Articulado de la Ley sobre
Tráfico, Circulación de Vehículos a motor y Seguridad Vial.
34
ANEXO
ESTUDIO COMPARATIVO DEL MODELO DE ESTIMACIÓN DE VELOCIDADES PROPUESTO POR
LA FHWA PARA TRAMOS DE BAJA VELOCIDAD Y LA NORMATIVA ESPAÑOLA
En este anexo se pretende abordar un análisis comparativo no exhaustivo, en el cual la
Diputación de Valencia pretende profundizar, de las velocidades propuestas por el modelo
establecido por la Federal Highway Administration (FHWA) y las velocidades de circulación
propuestas por la normativa vigente española. Esta comparativa se centra en las carreteras de
baja velocidad que habitualmente gestionan las administraciones locales con competencias
viaria en entornos con orografía accidentada y, en general, bajas Intensidades de circulación.
El modelo aplicado por el Interactive Highway Safety Design Model (IHSDM) para la
estimación de velocidades en tramos de baja velocidad permite obtener un perfil de velocidades
de operación con velocidades inferiores a 60 km/h.
La Normativa Española utilizada para la definición de los parámetros geométricos del
trazado es la Norma 3.1 IC “Instrucción de Trazado”. La señalización vertical queda regulada por
la Norma 8.1 IC “Instrucción de señalización vertical”.
1. Comparación de las velocidades estimadas en curvas circulares.
Según la Instrucción de Trazado, la velocidad, el radio y el coeficiente de rozamiento
transversal movilizado se relacionan mediante la siguiente fórmula; obtenida mediante el
equilibrio dinámico de fuerzas en una curva en la dirección ortogonal a la circulación:
V*2 = 127 · R · (ft + p/100)
Siendo:
V: velocidad (km/h)
R: radio de la circunferencia (m)
Ft: coeficiente de rozamiento transversal movilizado
P: peralte (%)
El coeficiente de rozamiento transversal fijado por la Instrucción persigue unas
condiciones de circulación cómodas para el usuario alejadas de las situaciones límites que
puedan provocar un accidente por deslizamiento o vuelco de los vehículos.
35
Coeficiente de rozamiento transversal movilizado (Instrucción de Trazado 3.1 IC)
La vigente norma de señalización vertical de carreteras, aprobado en marzo de 2014,
adopta los mismos valores de coeficiente de rozamiento movilizado, abandonando el coeficiente
de rozamiento movilizado de 0,25 de la instrucción derogada.
Es importante reseñar que, para carreteras del Grupo 2, el peralte fijado por la
Instrucción de Trazado es del 7% para radios inferiores a 350 metros. Una parte considerable de
la red Local de la Diputación de Valencia discurre por entornos geográficos con una orografía
extremadamente accidentada y radios inferiores a 350 metros.
Grupo 2) Carreteras C-80, C-60 y C-40:
50 < R < 350 p = 7
350 < R < 2500 p = 7 - 6,08 (1 - 350/R)1,3
2500 < R < 3500 p = 2
3500 < R Bombeo
La metodología empírica propuesta por la Federal Highway Administration (FHWA)
después de miles de observaciones, y tras un proceso estadístico de ajuste, reduce los
parámetros que permiten estimar la velocidad de operación en curvas horizontales al radio, para
el modelo empleado en carreteras de baja velocidad.
RVC
71721,7185
0,113
0,104
0,096
0,087
0,078
0,069
0,060
0,137
0,122
0,151
0,166
0,180
0,05
0,07
0,09
0,11
0,13
0,15
0,17
0,19
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Velocidad de proyecto (km/h)
ft
36
Siendo:
Vc85: velocidad de circulación no superada por el 85% de los conductores
R: radio de la curva (m).
Si el radio fuese inferior a 15 metros se utiliza este valor en los cálculos.
En la tabla y el gráfico siguientes se muestran los coeficientes de rozamiento
transversal resultantes de la formulación establecida en el Interactive Highway Design
Connsistency Module (IHDCM):
Radio Vc85 p+ft ft IHSMD ft IHSMD
(m) Km/h (%) Hipótesis Hipótesis
IHSMD p actual 7% p 0%
10 23,41 0,43 0,36 0,43
15 23,41 0,29 0,22 0,29
20 35,36 0,49 0,42 0,49
30 47,31 0,59 0,52 0,59
40 53,29 0,56 0,49 0,56
50 56,87 0,51 0,44 0,51
65 60,18 0,44 0,37 0,44
85 62,77 0,37 0,30 0,37
105 64,38 0,31 0,24 0,31
Comparación entre coeficientes de rozamiento transversal movilizados fijados por la
Instrucción de Trazado 3.1. IC y deducidos a partir del modelo propuesto por la FHWA.
El análisis de los datos mostrados de forma gráfica permite extraer varias conclusiones
preliminares interesantes.
0,44
0,37
0,30
0,19
0,51
0,44
0,37
0,31
0,26
0,145 0,1430,1470,1510,156
0,24
0,05
0,15
0,25
0,35
0,45
0,55
30 50 70 90 110 130 150
Radio (m)
f
Ft 3.1. IC Ft IHSMD (p=7%) Ft IHSMD (p=0%)
37
En carreteras existentes, y sobre todo en entornos especialmente accidentados como
son las carreteras de montaña, es habitual que los peraltes de las curvas sean inferiores a los
establecidos por la norma de trazado (7% para carreteras del grupo 2 y radios inferiores a 350
metros). En trazados muy sinuosos, con curvas de radio reducido y poco desarrollo, enlazadas
mediante tramos rectos de muy poca longitud, la adopción del peralte normativo implica unas
transiciones de peralte más severas e incómodas de las recomendadas por la normativa de
trazado.
A medida que el peralte de la curva disminuye, el rozamiento que es necesario movilizar
aumenta. Si el peralte fuese nulo los rozamientos movilizados superan a los establecidos en
condiciones de comodidad para el diseño geométrico del trazado.
Sin embargo, incluso asumiendo la hipótesis de que las curvas tuvieran el peralte
normativo, los rozamientos movilizados observados en las mediciones reales efectuadas son
muy superiores a los establecidos para el diseño geométrico.
Consecuentemente las velocidades V85 de paso por curva medidas por la FHWA son
superiores a las establecidas para la normativa española, tal y como se muestra en el gráfico
siguiente.
Comparación entre velocidades establecidas en función del radio según criterios de diseño y de
señalización de curvas de la normativa española, y deducidas a partir del modelo propuesto por la
FHWA.
2. Comparación de las velocidades estimadas en tramos rectos.
40
45
50
55
60
23 23
35
47
5357
6063 64 66
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
0 25 50 75 100 125 150
Vc (
Km
/h)
Radio (m)
Velocidad diseño 3.1 IC V85 IHSMD
38
Los métodos empíricos de estimación del perfil de velocidades a partir de observaciones
reales de la velocidad han encontrado serias dificultades para correlacionar las velocidades
máximas practicadas en tramos rectos de suficiente longitud con las características geométricas
de la carretera.
Para el tramo de carretera analizado se adoptó una velocidad máxima de 100 km/h.
La normativa aplicable a nivel estatal no contempla un procedimiento que permita
estimar las velocidades de operación en tramos rectos. El Reglamento General de Circulación,
en el artículo 51, regula las velocidades máximas que no deberán ser rebasadas en las distintas
vías:
“en carreteras convencionales señalizadas como vías para automóviles y en el resto de carreteras convencionales, siempre que estas últimas tengan un arcén pavimentado de 1,50 metros o más de anchura, o más de un carril para alguno de los sentidos de circulación: turismos y motocicletas, 100 kilómetros por hora”
“En el resto de las vías fuera de poblado: turismos y motocicletas, 90 kilómetros por hora”
Por tanto, en carreteras convencionales de alta montaña la velocidad genérica
establecida en el Reglamento General de Circulación no es representativa de la velocidad de
operación. Este tipo de carreteras carecen habitualmente de arcenes siendo difícil alcanzar la
velocidad máxima reglamentariamente establecida de 90 km/h para turismos.
La Instrucción 8.1 IC “Señalización vertical” fija los criterios para la señalización y
balizamiento de curvas. La casuística de señalización se define a partir de la reducción de
velocidad que el vehículo práctica desde la recta hasta la curva siguiente. La velocidad en la curva
depende del radio de la misma, asumiendo un rozamiento movilizado igual al de la norma de
trazado. La velocidad máxima en la aproximación depende de la longitud del tramo recto entre
curvas consecutivas y de las prestaciones dinámicas del vehículo tipo seleccionado.
Se considera un vehículo tipo de 100 CV de potencia y 175 km/h de velocidad máxima.
La aceleración a considerar es la máxima aplicable a ese vehículo, teniendo en cuenta la
inclinación de la rasante. La deceleración considerada es la correspondiente a una suave
aplicación de los frenos, que se cuantifica en 7 km/h/seg, teniendo además en cuenta la
inclinación de la rasante.
La Instrucción limita la velocidad máxima alcanzable por un vehículo a la velocidad legal
de 120 km/h. Para el análisis de la señalización y balizamiento de curvas se ha considerado la
velocidad límite genérica de la vía incrementada en un 20%. Tal y como establecía la norma
derogada en 2014.
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De este modo es posible determinar, aplicando los modelos de aceleración y deceleración mencionados, la velocidad máxima alcanzada en el tramo recto entre curvas consecutivas.
Señalización y balizamiento de curvas. Instrucción 8.1 IC “Señalización vertical”
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3. Comparación de valores de aceleración y deceleración.
La deceleración a considerar desde tramos rectos a curvas o la aceleración desde curvas
a tramos rectos establecida en el IHSMD se detalla en la siguiente tabla:
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La deceleración propuesta para la reducción de velocidad desde tramos rectos a curvas de radio inferior a 175 metros, por parte del modelo empírico del IHSDM, es igual a 1,25 m/s2. El valor propuesto por la Instrucción de Señalización Vertical 8.1. IC es de 7 km/h/s equivalente a 1,94 m/s2, superior al contrastado empíricamente en el modelo norteamericano.
La aceleración propuesta desde curvas, de radio inferior a 250 metros, a tramos rectos es igual a 0,54 m/s2.
El modelo de aceleración, en la normativa de señalización vertical, responde a las prestaciones del vehículo tipo de 100 CV, y depende de la inclinación de la rasante y de la velocidad a partir de la cual se inicia la aceleración. Los valores de la aceleración varían dependiendo de la velocidad y de la pendiente siendo mayores, en cualquier caso, a las observadas empíricamente.