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Hipertrén: Esquema de operación de una línea de metro
que permite aumentar su capacidad con baja inversión en
infraestructura
Descripción de Metodología
Christian Villalobos & Juan Carlos Muñoz
Departamento de Transporte y Logística
Pontificia universidad Católica de Chile
1 IntroducciónEn muchas grandes ciudades, la columna vertebral del sistema de transporte
público está basada en una red de Metro. El Metro típicamente ofrece atributos
muy valorados en los viajes urbanos como son rapidez, frecuencia, confiabilidad,
seguridad y en muchos casos confort. A medida que la red de Metro aumenta su
extensión, suele ocurrir que las líneas más antiguas (que recorren barrios
consolidados de muy alta densidad) aumentan su uso afectando el nivel de
confort y en muchos casos también los tiempos de espera, empeorando el nivel
de servicio al usuario. Así, se hace necesario aumentar la capacidad de líneas
que ya han sido construidas y que operan a altas frecuencias.
La capacidad máxima de una línea está dada por el producto entre la máxima
frecuencia de operación y la máxima capacidad de cada tren (para un nivel de
confort aceptable por los usuarios). Así, para aumentar la capacidad de estas
líneas sin construir nueva infraestructura fija, lo primero que se contempla es
aumentar su frecuencia (manteniendo el largo de los trenes) o aumentar el largo
de los trenes (manteniendo la frecuencia). En caso de que no sea posible
implementar estas alternativas (frecuencia está al máximo que permite el
sistema de seguridad y el largo de los trenes está al máximo que permiten las
estaciones), una siguiente alternativa es modernizar el sistema de control
aumentando la frecuencia máxima de la línea. Finalmente, es posible considerar
un esquema de operación tipo skip‐stop que se ha implementado exitosamente
en Chile, aumentando la capacidad máxima de una línea en aproximadamente
10% sin comprar nuevos trenes ni construir nueva infraestructura.
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En el presente documento, se propone una estrategia de gestión de la oferta
que, modificando la operación de los trenes, permite aumentar la capacidad
máxima de una línea de metro, sin necesidad de invertir en infraestructura fija
(línea o estaciones). Esta estrategia se construye sobre el concepto general en
que se basa la estrategia skip‐stop, descrita en la subsección 3.3.4.
En la sección 2 se presentará la problemática de las líneas de metro cuando la
demanda por viajes sobrepasa la capacidad instalada de la misma. En la sección
3 se verá las principales alternativas que existen para paliar esta problemática,
incluidas las estrategias de gestión de la oferta que permiten elevar el punto de
saturación de una línea de metro. En la sección 4 se propondrá una nueva
estrategia de gestión de la oferta que permita duplicar el punto de saturación de
una línea, sin incurrir en elevados costos de inversión. Finalmente, en la sección
5 se presenta las conclusiones y futuras líneas de investigación relacionadas con
el presente documento.
2 ProblemáticaEn muchos de los sistemas de transporte público modernos, el metro es el eje
principal de los viajes troncales. Esto se debe a que:
En general, las líneas de metro son subterráneas, lo que permite viajar
rápidamente a sitios de la ciudad muy densos y con elevadas tasas de
construcción.
Al utilizar vías completamente independientes del resto del sistema de
transporte, el metro no es afectado por la congestión de los vehículos
que circulan por las calles, congestión que en general aumenta año a
año. Esto permite que el tiempo de viaje sea estable, permitiendo una
mejor planificación de los viajes por parte de los usuarios.
Es un medio de transporte extremadamente seguro y confiable, con una
bajísima tasa de accidentes y fallas.
En la mayoría de los casos, los vehículos deben transitar dentro de
túneles, por lo que solamente pueden hacerlo mediante tracción
eléctrica. En estos casos, el metro es un medio de transporte cero
emisiones.
La principal desventaja del metro es su costo. Si bien muchas veces el metro
puede sustentar sus costos de mantenimiento, rara vez puede pagar su costo de
instalación, el cual está compuesto principalmente por el costo de construcción
de la infraestructura fija que debe ser dedicada exclusivamente a los trenes (no
existen economías de diversidad), los costos de expropiación que pueden estar
relacionados a la construcción de la línea. El costo de infraestructura móvil
(trenes y carros) es marginal con respecto al costo de construcción.
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A pesar del gran costo de construir líneas de metro, el sistema crece año a año
como una alternativa sustentable de transporte público en grandes ciudades.
Las ventajas que el metro ofrece a los usuarios hacen que la demanda por
utilizarlo aumente año a año, sobrepasando muchas veces la capacidad máxima
para la cual la línea de metro fue diseñada.
Una vez que se satura una línea de metro (es decir, cuando no es posible
aumentar capacidad de la línea sin invertir en infraestructura), las alternativas
usuales que permiten aumentar su capacidad son: aumentar el tamaño de los
andenes o construir una línea paralela. Ambas alternativas son extremadamente
costosas. Por un lado, agrandar las estaciones exige construir bajo tierra dentro
de una línea y al lado de un andén que está en funcionamiento (el andén a
mejorar) y por otro, construir una nueva línea requiere, además de la
construcción bajo tierra, la expropiación de terrenos urbanos, muchas veces
encarecidos por la plusvalía de las propiedades aledañas a la línea.
A continuación se presenta las principales alternativas que permiten abordar la
problemática expuesta.
3 EstrategiasexistentesparamejorareldesempeñodelsistemademetroAnte la saturación de una línea de Metro, lo primero que se requiere es
determinar el origen del cuello de botella. El cuello de botella determina la
frecuencia de trenes que permite a la línea trabajar a máxima capacidad. Un
cuello de botella puede tener dos causas distintas: un arco crítico o un nodo
crítico de las líneas.
En el caso de un arco crítico, aumentar la frecuencia máxima exige típicamente
aumentar la cantidad de trenes que operan en la línea. Sin embargo, si el
sistema de control no permite maniobrar los trenes con una frecuencia mayor,
aumentar los trenes en circulación generará colas de trenes en distintas partes
de la línea aumentando el tiempo de ciclo hasta ajustarlo a la frecuencia
máxima, sin mejora alguna. Si este fuera el caso, se podría aumentar la
frecuencia máxima cambiando el sistema de control (por ejemplo, de uno
estático a uno dinámico). En el contexto de una línea en que todos los trenes
viajan de terminal a terminal, aumentar la frecuencia de esta manera aumenta
instantáneamente la oferta instantáneamente en la línea completa.
El caso de un cuello de botella originado en un nodo o equivalentemente en una
estación es menos común. Esto sucede cuando el tiempo necesario para atender
y evacuar trenes excede al intervalo de operación de la línea entre trenes
sucesivos. Una posibilidad de que ocurra esta situación es cuando el tiempo de
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subida y bajada de los pasajeros es demasiado alto. Por ejemplo, en casos de
muy alta congestión al interior del tren y del andén y en que el intercambio de
pasajeros entre ambos es elevado, generando mucha fricción entre pasajeros y
así, dilatando el tiempo de detención del tren. Otra posibilidad es el caso de
estaciones con insuficiente capacidad de evacuación de pasajeros del andén, lo
que implica que un tren debe esperar que los usuarios del tren que le precede
evacúen sus pasajeros antes de posicionarse en el andén y poder evacuar los
propios. Esta situación se observa en estaciones que no fueron concebidas para
la demanda que enfrentan y en que su configuración (y restricciones físicas)
dificultan construir más vías de evacuación. Un ejemplo documentado de esta
última situación es el caso de la estación Tobalaba de la Línea 4 del Metro de
Santiago, donde diariamente se genera una cola de tren que no puede ingresar a
la estación, generando importantes demoras. En muchas ocasiones, y a
diferencia de los cuellos de botella en arcos, los cuellos de botella en nodos se
pueden reducir aumentando localmente la capacidad del nodo en cuestión. Sin
embargo, el aumento de la capacidad es local también. Las estaciones aguas
arriba ven un aumento de su frecuencia pues la cola de trenes ya no las alcanza,
mientras que las estaciones aguas abajo ven un aumento en la frecuencia que se
descarga desde la estación crítica. En ciertas ocasiones, este aumento en la
frecuencia puede ocasionar que otra estación se convierta en nodo cuello de
botella.
El nivel de saturación de un sistema de transporte puede representarse
esquemáticamente como:
ó
Una línea de metro está saturada cuando, en periodos prolongados de tiempo,
el número de pasajeros al interior de los trenes alcanza niveles que exceden lo
deseado. Usualmente, esto se traduce en que, en un conjunto de estaciones, los
usuarios sistemáticamente no pueden subir al primer tren que pasa o circulan a
un nivel de densidad que se considera inadecuado. En la expresión anterior
corresponde a periodos en que el valor de S supera el valor 1.
Así, las estrategias para reducir el nivel de saturación pueden dividirse en:
Estrategias que modifican la estructura de la demanda.
Estrategias que aumentan la oferta.
Estrategias que modifican la gestión de la oferta disponible.
Las estrategias de gestión de la oferta son las que debieran explorarse primero,
pues resultan típicamente económicas y no exigen cambios a los patrones de
viajes de los usuarios. En seguida, debieran explorarse las estrategias de
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demanda que, aunque exigen un ajuste en el comportamiento de viaje de los
usuarios, que puede ser molesto para los mismos, no requieren elevados
montos de inversión. Finalmente, las estrategias de oferta deberían explorarse
al final, puesto que usualmente requieren inversiones significativas. También se
debe considerar que estas estrategias se pueden combinar, generando
estrategias mixtas.
En las subsecciones 3.1, 3.2 y 3.3 se presentarán las estrategias que abordan
estas tres categorías, respectivamente, para el caso de una línea de metro.
3.1 EstrategiasdedemandaUna vez que una línea de metro supera su capacidad (no necesariamente
estando saturada) existen las siguientes alternativas que permiten disminuir la
saturación a través de un cambio en la demanda del sistema:
‐ Desplazar la demanda desde periodos punta a periodos no punta, colocando
incentivos para que los viajeros del periodo crítico adelanten o atrasen su
viaje. Por ejemplo, se puede diferenciar la tarifa durante distintos periodos
del día, lo que se observa en varias líneas del mundo (por ejemplo, en
Santiago de Chile), o se puede modificar el horario de algunas actividades
masivas, como es el caso de la hora de inicio de clases de la educación
escolar o superior.
‐ Desplazar la demanda que usa el arco o nodo crítico de la línea saturada a
rutas alternativas que no lo usan. Esto se puede implementar mediante
medidas que encarecen algunas rutas que usan el arco o nodo crítico; o
incentivar el uso de rutas alternativas. Por ejemplo: publicitando
combinaciones alternativas que utilicen otras líneas de metro, limitando el
acceso a la línea inmediatamente aguas arriba del arco crítico, mejorando
los modos que compiten por esta demanda (por ejemplo, aumentando la
velocidad de los buses) o limitando el acceso a las líneas inmediatamente
aguas arriba del arco crítico.
Las estrategias de demanda suelen ser utilizadas debido a su bajo costo de
inversión y rápida implementación. Sin embargo, si bien producen efectos en la
dirección de interés, estos suelen ser marginales, de modo que son más difíciles
de percibir para un observador externo, lo que las hace menos atractivas para
agentes políticos por su bajo efecto demostrativo. Adicionalmente, su rango de
implementación es limitado cuando existe un alto grado de saturación
generalizado en la red, pues en este caso no es posible disminuir la demanda de
una línea sin afectar negativamente algún otro arco crítico de la red de
transporte.
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3.2 EstrategiasdeofertaLas estrategias de oferta modifican elementos físicos de la línea de metro, de
modo de aumentar flujo máximo de viajeros que puede soportar la línea en su
arco o nodo crítico. Estas estrategias suelen requerir importantes montos de
inversión, por lo que debieran ser menos preferidas que las estrategias de
demanda. El monto invertido en una estrategia de oferta es normalmente
mucho menor cuando se invierte en infraestructura móvil (trenes o carros) que
cuando se invierte en la en la infraestructura fija que los soporta (túneles, vías o
estaciones), especialmente si la línea opera subterráneamente. Así, sólo se
debiera considerar construir una vía o línea paralela cuando la capacidad de la
línea existente no puede aumentarse a través de un aumento en el número de
trenes o carros.
Para un nivel fijo de infraestructura, el flujo máximo de una línea queda definido
por el producto entre la frecuencia máxima en el arco o nodo crítico y la
capacidad de cada tren. En el caso más común, donde el cuello de botella está
dado por un arco, la frecuencia corresponde al número de trenes operativos
dividido por el tiempo de ciclo en el arco. Dentro de este caso, podemos
considerar las siguientes estrategias de oferta que permiten aumentar la
capacidad, sin requerir inversión en infraestructura fija:
‐ Aumentar la velocidad de los trenes. Esta estrategia permite reducir el
tiempo de ciclo de cada tren, aumentando la frecuencia ofrecida. Al
disminuir el tiempo de ciclo, se consigue además disminuir los tiempos de
viaje. Lamentablemente, en líneas saturadas, los trenes normalmente
operan a la velocidad máxima recomendada. Subir la velocidad significaría
costos de operación bastante mayores y aumentar los riesgos de accidentes.
‐ Aumentar la cantidad de carros del tren. Esta estrategia permite que cada
tren lleve más pasajeros. Sin embargo, la cantidad de carros que puede
llevar cada tren está limitada por el tamaño de los andenes dentro de las
estaciones.
‐ Aumentar la cantidad de trenes en el sistema. Esta estrategia incide
directamente en la frecuencia de los trenes. Es una alternativa de mayor
costo que las dos anteriores y queda limitada por el sistema de control
implementado en la línea. En sistema estáticos resulta muy difícil bajar el
intervalo promedio de una línea a menos de 105 segundos, mientras que en
sistemas dinámicos de control es posible reducir este umbral en
aproximadamente 15%.
Una vez que no es posible aumentar directamente la velocidad operacional de
los trenes, la cantidad de carros que lleva cada tren o la frecuencia de los trenes;
aumentar la oferta en la línea requiere invertir en infraestructura fija, ya sea
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aumentando la capacidad de las estaciones existentes en la línea o
construyendo una adicional.
Con el fin de mejorar la oferta de una línea se puede invertir en aumentar la
frecuencia máxima que soporta la misma. En general, la frecuencia máxima está
dada por el sistema de control que evita que dos trenes sucesivos se acerquen
demasiado. Modificar el sistema de control, por ejemplo desde un sistema
estático a uno dinámico, tal como lo han hecho las líneas más modernas del
mundo, requiere una inversión importante.
Sin embargo, sí es posible aumentar la cantidad de carros por tren si es que se
aumenta el tamaño de los andenes en las estaciones y si las restricciones
técnicas del tren lo permiten. Por ejemplo actualmente hay líneas de trenes que
son construidas para operar con trenes de entre 6 y 12 carros.
Lamentablemente, cambiar el tamaño de un andén es una inversión no menor
puesto que, además de los costos directos de construcción, existen dificultades
operacionales asociadas a modificar la infraestructura mientras está en uso y
funcionando a capacidad. Además, en ocasiones, no basta con aumentar el
tamaño de los andenes y es necesario modificar la estación completa. Por
ejemplo, cuando el nodo está cercano a ser cuello de botella debido a
insuficiente capacidad de evacuación. Esto último puede conllevar a realizar
cambios en el entorno a la estación, lo que requiere expropiaciones en sitios con
gran atracción de viajes y cuya plusvalía ha aumentado por la existencia de la
línea misma.
A menudo, el costo de mejoramiento de una línea existente es tan alto, que es
preferible construir una nueva línea paralela (a una distancia del orden de un
kilómetro) que descongestione los tramos más utilizados y al mismo tiempo
permita captar demanda adicional en el nuevo sector visitado. Por ejemplo, se
tiene el caso de la primera extensión de la línea 5 del metro que permitir unir
directamente la línea 5 con la línea 1. En otros casos se opta por construir una
línea paralela que replique una parte (eventualmente la totalidad) de una línea
existente, como es el caso del metro de Nueva York. En ambos casos, los costos
de inversión suelen ser bastante altos.
Además de las estrategias anteriormente presentadas es posible también
aumentar la capacidad de una línea de metro aumentando la capacidad (medida
en número de pasajeros) de sus carros. Esto se puede lograr quitando asientos
de los carros, de modo que las personas viajen de pie, restringiendo que los
pasajeros transporten carga o utilizando trenes continuos que aprovechen el
espacio entre los carros.
Se debe notar que las estrategias de oferta orientadas a mejorar cuellos de
botella en arcos no sirven si el cuello de botella corresponde a una de las
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estaciones (nodo). En ese caso las estrategias anteriores sólo agravarán el
problema, prolongando aún más las colas de trenes en el sistema. Dado que
estas colas se propagan en el espacio bloqueando estaciones aguas arriba, la
estación crítica termina afectando a pasajeros que no pasan por ella (por
ejemplo pasajeros que terminan su viaje en una estación aguas arriba y afectada
por la congestión de la estación crítica). En este caso, el único aumento de oferta
que podría servir es la expansión de los andenes y/o vías de evacuación de la
estación, si es que ésta es la razón del cuello de botella en el nodo.
En la siguiente sección se presentarán estrategias de gestión de la oferta, las
cuales permiten mejorar la capacidad del sistema en base a cambios en la forma
de operar en los trenes de una línea
3.3 EstrategiasdegestióndelaofertaTal como se expuso en la sección anterior, una alternativa eficaz para aumentar
la capacidad máxima de una línea (y así disminuir su nivel de saturación) son las
estrategias de oferta. Sin embargo, éstas suelen requerir elevados montos de
inversión. Una alternativa eficaz, pero además eficiente, son las estrategias de
gestión de la oferta. Estas estrategias buscan aumentar la capacidad de una
línea mediante un cambio en el esquema de operación de los trenes.
La principal ventaja de estas estrategias es que son mucho menos costosas que
las estrategias de gestión de la oferta, tanto en términos de inversión como en
términos de implementación, evitando excesivas molestias a los pasajeros
durante la puesta en marcha de la estrategia. La principal desventaja es que,
dado que se cambia la operación estándar de los trenes, muchas veces los
pasajeros deben adaptar su comportamiento de viaje a esta nueva operación,
aumentando los costos de marcha blanca. Además, el cambio en el esquema de
operación puede exigir modificaciones al sistema de control.
Por otro lado, es posible combinar las estrategias de gestión de oferta con
estrategias de oferta, potenciando las ventajas de ambas, tal como la nueva
estrategia de gestión de la oferta que se propone en el presente documento.
Previo a la aplicación de una estrategia de gestión de la oferta, se debe
considerar, al menos, los siguientes aspectos:
Variabilidad en los tiempos de viaje (incluido el tiempo de espera)
experimentado por los distintos grupos de pasajeros que viajan entre
distintos pares origen‐destino.
Variabilidad en el flujo máximo que puede pasar por una línea.
Adaptabilidad de los usuarios frente a nuevas planificaciones de viajes
requeridas ante la nueva forma de operar.
Aplicabilidad de la estrategia frente a una línea saturada.
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Factibilidad técnica que posee el sistema de trenes para modificar su
forma de operar.
En las siguientes subsecciones veremos algunas estrategias de gestión de la
oferta y las analizaremos según estos aspectos.
3.3.1 EstrategiasdegestióndelaofertaenlíneasnosaturadasUna estrategia de gestión de la oferta comúnmente utilizada es la que involucra
varias líneas de metro con perfiles de demanda que se complementan durante
el día. Esta consiste en trasladar trenes desde una línea con baja demanda a otra
adyacente con alta demanda. Este traslado de trenes implicará que la frecuencia
de las líneas bajará en los periodos donde baje la demanda por viajes.
Esta estrategia no afecta mayormente el comportamiento de viaje que deben
tener los usuarios, puesto que ellos sólo observarán que en periodos de baja
demanda el intervalo entre trenes será superior por lo que su tiempo de espera
será mayor. Sin embargo, su aplicabilidad está limitada a líneas que no están
saturadas y donde existan líneas adyacentes con trenes disponibles.
En la siguiente sección caracterizaremos la operación de una línea saturada,
para posteriormente analizar algunas estrategias de gestión de la oferta que
permiten mejorar el desempeño en este tipo de líneas.
3.3.2 OperacióntradicionaldeunalíneasaturadaLa manera más sencilla de operar un tren es enviando trenes del mismo tamaño
a velocidad y frecuencia constantes. En el caso de una línea saturada, el largo de
todos los trenes l es igual al largo de las estaciones, los trenes circulan a
velocidad máxima vmax y su frecuencia es tal que se respete la distancia mínima
de seguridad entre trenes dmin.
En el gráfico espacio‐tiempo de la figura 1 se ejemplifica esta situación
considerando que el tiempo de parada tp de cada tren en cada estación es igual
para todas las estaciones. Se ha supuesto que los trenes aceleran y se detienen
en forma instantánea, de modo que su velocidad es 0 o vmax. Además, se ha
supuesto que las estaciones no necesariamente están a igual distancia una con
respecto a la siguiente, pero que están bastante espaciadas, de modo que la
distancia entre estaciones es mucho mayor que la dmin. En la operación normal,
bajo este último supuesto, y tal como se puede ver en la figura 1, la mínima
distancia entre trenes en cada estación no depende de tp. Por el contrario, si no
se cumple el supuesto, un tren aguas arriba puede ser interferido por el
siguiente tren aguas abajo, de modo que el primero no puede continuar su
recorrido hasta que el segundo cumpla el tiempo de parada en su estación y,
posteriormente, se aleje lo suficiente del primero.
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estrategias de gestión de la oferta desde las perspectivas de tiempo de viaje y de
máximo flujo de pasajeros de la línea afectada.
3.3.3 ServiciostipobucleyexpresosPrevio a la adquisición de nuevos trenes, es posible reorganizar la operación
dividiendo la flota en dos servicios, uno regular que cubra la línea completa y
otro que se concentra en el sector de la línea de mayor carga (bucle). Esta
medida sólo exige equipar la línea con intercambiadores de línea en las
estaciones extremo del bucle y adaptar el sistema de control. Las operaciones de
intercambio de sentido para los trenes son siempre problemáticas bajo
condiciones de alta frecuencia pues rompe la regularidad de intervalos en
ambos sentidos. La eficiencia de la línea aumenta al aumentar su capacidad de
transportar pasajeros. Consecuentemente, desde el punto de vista del usuario,
aumenta el nivel de confort al aumentar la capacidad efectiva en la zona más
cargada. Sin embargo, algunos usuarios son forzados a transbordar para llegar a
su destino.
Las líneas que cuentan con un riel paralelo pueden operar sus trenes
combinando trenes regulares y trenes expresos (y/o bucles) que circulan por
vías distintas. Esta combinación permite aumentar la capacidad al reducir el
tiempo de ciclo de los trenes expresos y, consecuentemente, reduce el tiempo
de viaje a sus usuarios. Sin embargo, puede significar que algunos usuarios
deban transbordar entre el servicio regular y el expreso y/o viceversa.
3.3.4 EstrategiadesaltodeestacionesalternadasoSkip‐stopPara operar la estrategia skip‐stop se debe asociar las estaciones
alternadamente a un determinado distintivo, por ejemplo A y B, o rojo y verde.
La operación consiste en despachar trenes alternados que visitan sólo
estaciones rojas o verdes.
En la figura 2 se muestra la operación rojo verde de 3 trenes consecutivos, con
las mismas velocidades máximas, tiempos de parada y distancias mínimas de la
operación normal saturada descrita en 3.3.1. Al igual que en la operación
normal, hemos supuesto que el tren acelera y desacelera instantáneamente; y
que la distancia entre estaciones es bastante mayor que la distancia mínima
entre trenes dmin. Con respecto a la operación skip‐stop se tiene, desde el punto
de vista del sistema:
Si se observa el flujo de trenes en la última (en realidad en cualquier)
estación, se tiene que el intervalo entre tres trenes está dado por la
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Operando los trenes que vienen en el sentido contrario de modo que
paren en todas las estaciones. Así, un pasajero se puede bajar en una
estación siguiente a su destino y devolverse en un tren cualquiera. Esta
operación exigirá que el tiempo de espera y viaje de algunos usuarios
aumente.
Designando algunas estaciones intermedias rojo‐verdes o comunes en
que todos los trenes se detienen, de modo que los pasajeros puedan
cambiar de un tren rojo a uno verde y viceversa, en los casos en que
haya una estación común en el trayecto. Las estaciones comunes
deberían ser escogidas entre las de mayor demanda para ofrecer a la
mayor cantidad de viajeros la flexibilidad de escoger cualquier color al
iniciar o terminar su viaje. Este tipo de operación aminora los aumentos
en los tiempos de espera y viaje con respecto a la operación del párrafo
anterior.
Operando vehículos de acercamiento entre estaciones rojas y verdes.
Por ejemplo, buses con recorridos paralelos a la línea de metro.
Forzar a algunos usuarios a transbordar puede empeorar su experiencia global
de viaje al aumentar sus tiempos de viaje y espera. Dado que se disminuye el
tiempo en paradas a costa de aumentar los tiempos de espera, el beneficio total
es menor para aquellos usuarios que deben hacer viajes cortos y entre
estaciones de color distinto. Sin embargo estos usuarios típicamente pueden
modificar su estación de origen o la de destino aumentando su caminata a
cambio de realizar un viaje sin transbordos. Por otro lado, se debe considerar
que la planificación de los viajes de los usuarios en un sistema como el descrito
es mucho más compleja que en una línea que opera de forma tradicional.
La estrategia skip‐stop se implementa actualmente en los periodos punta en tres
líneas del Metro de Santiago. En estos casos la estrategia skip‐stop ha permitido
1) mejorar los tiempos de viaje de usuarios que realizan viajes largos y 2)
aumentar el flujo máximo del sistema permitiendo que más usuarios se puedan
beneficiar de una línea de metro.
En la siguiente sección plantearemos una nueva estrategia de gestión de la
oferta que se basa en la estrategia skip‐stop aumentando la capacidad en
circunstancias en que la frecuencia de trenes ya ha llegado al máximo permitido
por el sistema de control. Además, esta estrategia permite soslayar la mayoría
de las desventajas del sistema skip‐stop descrito.
4 UnanuevaestrategiagestióndelaofertaLa estrategia de gestión de la oferta skip‐stop ha sido implementada en forma
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modo que, tal como en los casos anteriores, durante la detención de un tren en
una estación, sus carros finales (en realidad el final de su último carro) no
interfiera con el primer carro (en realidad el principio del primer carro) del tren
inmediatamente aguas arriba.
Es importante observar que todos los trenes se detienen en cada estación
exactamente de la misma manera. En las estaciones rojas la mitad roja queda
mirando al andén, mientras la mitad verde queda enfrentando al andén (y
viceversa para las estaciones verdes).
Con respecto a esta operación:
El intervalo entre trenes está dado por la suma entre el tiempo de
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atravesado corresponde al aumento del tiempo que el tren está en
movimiento en la estación al ingresar o al salir de ella (respecto de la
operación con un tren del tamaño del andén).
El tiempo de paradas de los pasajeros es igual al número de paradas por
el tiempo de paradas, al igual que en el caso de la operación tradicional.
El intervalo entre trenes sucesivos aumenta sólo marginalmente
producto del tiempo extra que podría tomar acelerar y desacelerar un
tren el doble de largo. En el análisis que viene a continuación
supondremos que el intervalo no cambia. Es decir, el tren largo (16
carros) tarda lo mismo en acelerar y desacelerar y en recorrer la
distancia entre trenes a velocidad crucero que el tren corto (8 carros).
En tal caso, la frecuencia máxima a ofrecer disminuye en forma
inversamente proporcional al aumento del intervalo entre trenes. Sin
embargo a diferencia del sistema skip‐stop, en esta operación se
mantiene la uniformidad en el intervalo en todo momento del
recorrido. Adicionalmente, como la capacidad de los trenes se duplica,
el flujo máximo de pasajeros también.
Esta nueva estrategia guarda bastantes similitudes con respecto a la estrategia
skip‐stop, puesto que los pasajeros deben planificar viaje dependiendo de las
estaciones donde se detiene “su mitad” del tren. En el caso de trenes poco
congestionados (como es el caso de una línea que acaba de duplicar su
capacidad) y que permitan el libre tránsito de pasajeros entre trenes, los
17
usuarios podrían cambiarse desde un carro de un color a otro sin necesidad de
trasbordo.
Al comparar el desempeño de esta nueva estrategia con respecto a la estrategia
skip‐stop, se tiene que el tiempo de espera de los pasajeros es menor en la
nueva estrategia puesto que, como todos los trenes paran en todas las
estaciones, la frecuencia observada por los usuarios es la misma de una
operación tradicional. Asimismo, como la estrategia skip‐stop reduce la
frecuencia de visitas a cada estación de color, duplica la cantidad de personas
que suben y bajan simultáneamente en cada una de estas estaciones
aumentando el tiempo de transferencia. Esto no ocurre con nuestra estrategia
que mantiene la frecuencia de visitas a cada casi inalterada y por lo tanto el
tiempo de transferencia tampoco cambia respecto de la operación tradicional.
Así, el aumento de capacidad en el caso de la operación skip‐stop viene dado
por una reducción del tiempo de ciclo del orden de un 10 a 15%. En el caso de
esta operación el aumento de capacidad viene dado por el aumento de carros
en cada tren lo que genera una ganancia en capacidad de hasta 100%.
Una desventaja de la nueva estrategia de gestión de la oferta es que, a
diferencia de la estrategia skip‐stop, la operación de los recorridos en sentido
contrario no puede ser de la misma naturaleza que la operación normal, puesto
que los trenes largos deben volver a la estación donde se originó el recorrido de
ida. Sin embargo, en el caso del retorno es posible operar de forma normal una
de las dos mitades del tren, de modo que esta mitad pare en todas las
estaciones mientras que la otra mitad queda permanentemente inhabilitada
bajo el túnel. La frecuencia de los trenes de vuelta se mantiene igual a la
frecuencia de ida. Esta sería una estrategia atractiva en casos en que la demanda
en la línea presente un desbalance importante en ambas direcciones.
El nuevo esquema de operación equivale a imaginar que cada andén se extiende
al doble de su largo, configurando una estación virtual. Los trenes de largo doble
operarían normalmente sobre estos andenes extendidos, tal como se observa en
la figura 5. El tren se detiene completamente en cada estación virtual, pero sólo
abre la mitad de sus puertas que coincide con las estaciones reales.
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5 ConclusionesEn el presente documento se ha presentado una nueva estrategia de gestión de
la oferta de los trenes en una línea de metro que, en condiciones ideales,
permite duplicar la capacidad de la línea, realizando solamente inversiones en
aumentar el largo de los trenes, sin modificar la infraestructura fija de la línea.
Esta estrategia comparte algunas características de la estrategia de skip‐stop en
cuanto a su funcionamiento y al aprendizaje que deben tener los usuarios que
usan la línea. Sin embargo, los efectos en la experiencia de usuario y eficiencia
de la línea son bastante distintos a la estrategia skip‐stop y se asemejan más a la
estrategia de oferta que duplica la capacidad de la línea, duplicando el largo de
los trenes y estaciones.
Con respecto a los aspectos que se debe evaluar mencionados al comienzo de la
subsección 3.3, para esta nueva estrategia se tiene:
El tiempo de espera aumenta marginalmente, al aumentar el intervalo
entre trenes en una cantidad igual al aumento del tiempo que demora
en pasar un tren normal por una estación, tiempo que es relativamente
bajo.
El flujo máximo de la línea se acerca al doble de su capacidad en
operación regular.
La adaptabilidad que deben tener los usuarios es muy parecida a la
adaptabilidad de la estrategia skip‐stop, ya aplicada exitosamente en el
Metro de Santiago.
Es una estrategia especialmente adecuada para líneas ya saturadas y
que permite aumentar su punto de saturación en circunstancias en que
el aumento de oferta vía infraestructura fuera excesivamente caro.
Dada su analogía con estrategia de oferta que duplica el largo de trenes y
andenes, es una estrategia factible de implementar en líneas donde se pueda
aumentar el largo de los trenes sin que sea necesaria alguna inversión adicional
en tecnología, equipamientos o vías. Aun cuando la estrategia propuesta es
bastante atractiva, es necesario evaluar otras consecuencias no presentes en las
estrategias ya conocidas, tales como el efecto en los usuarios al permanecer
intervalos de tiempo dentro de un carro detenido en un túnel (sería razonable
iluminar o vestir el sector del túnel en cada estación que acogerá a un tren en
detención por este motivo), el efecto de que el conductor de un tren deba
controlar el mismo desde el interior del túnel (lo que es irrelevante si se opera
trenes en modo automático sin conductor), los efectos en la logística de los
trenes dentro del sistema de metro, extensión de los talleres de los trenes, etc.
Asimismo es necesario cuando menos, modificar los patios de maniobra en los
extremos de las líneas para acoger trenes de mayor longitud.
21
Por otro lado, es necesario hacer un análisis más acabado de los factores
relevantes en la operación de un tren. En el presente documento hemos
supuesto que los trenes mantienen una velocidad constante o están
completamente detenidos, que su velocidad de desplazamiento y la distancia de
seguridad se mantiene constante al duplicar el largo del tren, entre otros.