Introducción

La velocidad se ha convertido en uno de los principales indicadores utilizado para medir la calidad de la operación a través de un sistema de transporte. A su vez, los conductores, considerados de una manera individual, miden parcialmente la calidad de su viaje por su habilidad y libertad en conservar uniformemente la velocidad deseada.

Se sabe, además, por experiencia que el factor más simple a considerar en la selección de una ruta específica para ir de un origen a un destino, consiste en la minimización de las demoras, lo cual obviamente se logrará con una velocidad buena y sostenida y que ofrezca seguridad. Esta velocidad está bajo el control del conductor, y su uso determinará la distancia recorrida, el tiempo de recorrido y el ahorro de tiempo, según la variación de ésta.

La importancia de la velocidad, como elemento básico para el proyecto de un sistema vial, queda establecida por ser un parámetro de cálculo de la mayoría de los demás elementos del proyecto. Finalmente, un factor que hace a la velocidad muy importante en el tránsito es que la velocidad de los vehículos actuales ha sobrepasado los límites para los que fue diseñada la carretera actual y las calles, por lo que la mayor parte de los reglamentos resultan obsoletos.

Así, por todas las razones anteriores, la velocidad debe ser estudiada, regulada y controlada con el fin de que origine un perfecto equilibrio entre el usuario, el vehículo y la vía, de tal manera que siempre se garantice la seguridad.

Con los rápidos progresos de la ingeniería automotriz y la expansión de los sistemas viales, el concepto de la velocidad ha cambiado. A través de los años la velocidad utilizada por los conductores de los vehículos ha ido en aumento constante y no se prevé que tienda a estabilizarse. Durante todo este tiempo que ha transcurrido desde la aparición de los primeros vehículos de motor, ha habido un incesante deseo de aumentar la rapidez del movimiento sin que se haya producido un pensamiento unánime en la reglamentación de la velocidad, sobre todo en lo que se refiere a su importancia como causa de accidente.Según las observaciones realizadas en las carreteras de diversos países, a través de los años se ha ido obteniendo un aumento en el promedio de la velocidad desarrollada por los automovilistas. Estas observaciones se realizaron mediante mediciones directas sobre carreteras, hechas a cientos de miles de vehículos. Curioso es notar que los autobuses desarrollaron un promedio de velocidad mayor que el de los otros tipos de vehículos, ya que alcanzaron promedios mayores que los mismos automóviles. Los camiones de carga también han ido aumentando su velocidad en forma constante a lo largo del tiempo.

Definiciones

En general, el término velocidad se define como la relación entre el espacio recorrido y el tiempo que se tarda en recorrerlo. Es decir, para un vehículo representa su relación de movimiento, generalmente expresada en kilómetros por hora (km km/h).

Para el caso de una velocidad constante, ésta se define como una función lineal de la distancia y el tiempo, expresada por la fórmula:

v=dt

Donde:v = velocidad constante (kilómetros por hora)d = distancia recorrida (kilómetros)t = tiempo de recorrido (horas)

El término velocidad, aplicado al movimiento de los vehículos, se utiliza de diferentes maneras de acuerdo a los estudios que se efectúen y los objetivos en que se persigan. Esto significa que existen conceptualmente varios tipos de velocidad, los cuales deben ser definidos y aplicados claramente.

Velocidad de Punto:

Es la velocidad de un vehículo a su paso por un determinado punto de una carretera o de una calle. Como dicha velocidad se toma en el preciso instante del paso del vehículo por el punto, también se le denomina velocidad instantánea.

Velocidad media temporal:

Es la media aritmética de las velocidades de punto de todos los vehículos o parte de ellos, que pasan por un punto específico de una carretera o calle durante un intervalo de tiempo seleccionado. Se dice entonces, que se tiene una distribución temporal de velocidades de punto. Para datos de velocidades de punto no agrupados, matemáticamente la velocidad media temporal se define como:

Donde:

Velocidad media espacial:

Es la media aritmética de las velocidades de punto de todos los vehículos que en un instante dado se encuentran en un tramo de carretera o calle. Se dice entonces, que se tiene una distribución espacial de velocidades de punto.

Donde:

Para un espacio o distancia dados, la velocidad media espacial se calcula dividiendo la distancia por el promedio de los tiempos empleados por losvehículos en recorrerla. Esto es:

Relación entre velocidad media temporal y velocidad media espacial:

En la práctica de la ingeniería de tránsito muy a menudo se requiere convertir velocidades medias temporales a velocidades medias espaciales, por lo que se cumple, aproximadamente:

Donde:

Se 2 ¿ varianzade ladistribucionde velocidadesen el tiempo

Es importante anotar que la velocidad media espacial es igual ala velocidad media temporal sólo cuando la varianza de la velocidad media espacial sea igual a cero, lo cual se consigue en el evento en que todos los vehículos viajen exactamente a la misma velocidad. En otras situaciones, la velocidad media espacial siempre es menor que la velocidad media temporal.

Para distinguir claramente estas dos clases de velocidades, supóngase que sobre una pista circular de un kilómetro de longitud se tienen dos vehículos viajando siempre a velocidades constantes de 100 km/h y 50 km/h, respectivamente. Un observador situado en la sección transversal AA por un lapso de tiempo de una hora, registrará 100 vehículos tipo 1 circulando a 100 km/h y 50 vehículos tipo 2 circulando a 50 km/h. La velocidad media temporal, para el caso de datos de velocidades de punto agrupadosserá:

Por otro lado, en cualquier instante dado, siempre se registrarán espacialmente dos vehículos circulando a 100 km/h Y 50 km/h. Por lo tanto, la velocidad media espacial será:

Velocidad de recorrido:

Llamada también velocidad global o de viaje, es el resultado de dividir la distancia recorrida, desde principio a fin del viaje, entre el tiempo total que se empleo en recorrerla. En el tiempo total de recorrido están incluidas todas aquellas demoras operacionales por reducciones de velocidad y paradas provocadas por la vía, el transito y los dispositivos de control, ajenos a la voluntad del conductor. No incluye aquellas demoras fuera de la vía, como puede ser las correspondientes gasolineras, restaurantes, lugares de recreación, etc.

Para todos los vehículos o para un grupo de ellos, la velocidad media de recorrido es la suma de sus distancias recorridas dividida entre la suma de los tiempos totales de viaje. Si todos o el grupo de vehículos recorren la misma distancia, la velocidad media de recorrido

se obtiene dividiendo la distancia recorrida entre el promedio de los tiempos de recorrido, así , puede verse que la velocidad media de recorrido es una velocidad media espacial o con base en la distancia.

La velocidad de recorrido sirve principalmente para comparar condiciones de fluidez en ciertas rutas; ya sea una con otra o bien, en una misma ruta cuando se han realizado cambios para medir los efectos.

Velocidad de marcha:

Para un vehículo, la velocidad de marcha o velocidad de crucero, es el resultado de dividir la distancia recorrida entre el tiempo durante el cual el vehículo estuvo en movimiento. Para obtener la velocidad de marcha en un viaje normal, se descontará del tiempo total de recorrido, todo aquel tiempo que el vehículo se hubiese detenido, por cualquier causa asociada a la operación del tránsito. Por lo tanto, esta velocidad por lo general, será de valor superior a la de recorrido.

Constituye una buena medida del servicio que la vía brinda al usuario.

Velocidad de proyecto:

Llamada también velocidad de diseño, es la velocidad máxima a la cual pueden circular los vehículos con seguridad sobre una sección específica de una v vía, cuando las condiciones atmosféricas y del tránsito son tan favorables que las características geométricas del proyecto gobiernan la circulación.

Todos aquellos elementos geométricos del alineamiento horizontal, vertical y transversal, tales como radios mínimos, pendientes máximas, distancias de visibilidad, anchos de carriles y acotamientos, anchuras y alturas libres, etc., dependen de la velocidad de proyecto y varían con un cambio de ésta.

La selección de la velocidad de proyecto depende de la importancia o categoría de la futura vía, de los volúmenes de tránsito que va a mover, de la configuración topográfica de la región, del uso del suelo y de la disponibilidad de recursos económicos.

Al proyectar un tramo de una vía, es conveniente, aunque no siempre factible, mantener un valor constante para la velocidad de proyecto. Sin embargo; los cambios drásticos en condiciones topográficas y sus limitaciones mismas, pueden obligar a usar diferentes velocidades de proyecto para distintos tramos.

En Estados Unidos y en Europa se han usado velocidades de proyecto máximas hasta de 140 km km/h. Sin embargo, hay una tendencia a reducirlas a 120km/h (Europa) y 112km/h (EE.UU.). En México, al igual que en Colombia, las velocidades de proyecto fluctúan entre 40 y 110 km/h, dependiendo del tipo de vía seleccionada.

Una razón fundamental para no usar velocidades de proyecto muy altas sonlos pequeños ahorros de tiempo de viaje que se logran, en comparación con lo que sube el costo de la obra.

Uno de los indicadores que más se utiliza para medir la eficiencia de un sistema vial es la velocidad de los vehículos. Desde este punto de vista, para medir la calidad del movimiento del tránsito se utilizan la velocidad de punto, en sus dos componentes media temporal y media espacial; la velocidad de recorrido y la velocidad de marcha.

Estudios de Velocidad de Punto:

La mayor parte de los estudios de velocidad se refieren a la velocidad de los vehículos en determinado punto de una carretera o de una calle. Los estudios de velocidad de punto están diseñados para medir las características de la velocidad en un lugar específico, bajo condiciones prevalecientes del tránsito y del estado del tiempo en el momento de llevar a cabo el estudio; lo mismo que permiten obtener la distribución de velocidades por grupos de usuarios. Por ejemplo, en una sección de una carretera de dos carriles se puedenobtener los datos correspondientes a las velocidades que desarrollan los usuarios, tomando una muestra lo suficientemente representativa de los vehículos que transitan por ese punto.

Las características de la velocidad de punto tienen las siguientes aplicaciones:

Tendencias de velocidades: se determinan mediante la recolección de datos a través de muestreos periódicos en lugares seleccionados. Pueden ser especificadas por tipo de vehículo.

Lugares con problemas de velocidad: mediante un estudio de velocidades es posible determinar si son muy altas y si las quejas recibidas, a este respecto, son justas.

Planeación de la operación del tránsito, regulación y control: la magnitud en la dispersión de las velocidades afecta tanto la capacidad como la seguridad, ya que todos los vehículos no viajan a la misma velocidad. De allí que, si todos vehículos viajaran a igual velocidad, la capacidad sería máxima y los accidentes serían minimizados.

Planeación de la operación del tránsito, regulación y control: Dentro de la operación del tránsito, una distribución de velocidades es usada para:

1) establecer límites de velocidad, tanto máxima como mínima.2) determinar las velocidades seguras en curvas horizontales y en aproximaciones a

intersecciones. 3) establecer longitudes de zonas de rebase prohibido. 4) proveer información relativa sobre cuál debe ser el lugar apropiado para ubicar las señales de tránsito.

5) localizar y definir tiempos de los semáforos.6) analizar zonas de protección para peatones en escuelas, colegios y universidades.

Análisis de accidentes: determinación de la relación existente entre la velocidad y los accidentes, que pueda ser utilizada para tomar medidas correctivas.

Estudios de antes y después: para evaluar el efecto de algún cambio en los controles o condiciones existentes.

Proyecto geométrico: debido a que el proyecto geométrico usa velocidades uniformes, es importante evaluar los efectos de las distribuciones de las velocidades reales en las características del proyecto. En este sentido, están directamente relacionados con la velocidad y varían apreciablemente con ella, los elementos geométricos tales como la

longitud de los carriles de cambio de velocidad, la curvatura, el peralte, las distancias de visibilidad, etc.

Estudios de investigación: algunos casos en los cuales frecuentemente se utilizan datos sobre velocidad son:1) estudios de capacidad en relación con las velocidades promedio.2) análisis diferencial de velocidades.3) influencia en la velocidad provocada por obstrucciones laterales o distracciones.4) estudios sobre teoría de flujo vehicular.

El método manual más utilizado para el registro de las velocidades de punto es el del cronómetro, en el cual sobre una distancia determinada (50, 75 metro, ó 100 metros) que se ha marcado con dos rayas de gis o pintura en el pavimento, se miden los tiempos que tardan los vehículos en recorrerla. El observador se sitúa en un lugar conveniente entre las marcas. Cuando las ruedas delanteras de un determinado vehículo pasan sobre la primera marca, el observador inicia la marcha del cronómetro, y cuando el mismo vehículo toca la segunda marca con las ruedas delanteras, se detiene la marcha del cronómetro. La velocidad se obtiene dividiendo la distancia prefijada, en metros, entre el tiempo que se requirió para recorrerla, en segundos y décimos de segundo. El resultado obtenido, en metros por segundo, se convierte a kilómetros por hora.

Existen también dispositivos automáticos para medir velocidades de punto, entre los cuales se puede mencionar el radar. Este instrumento, es el más empleado actualmente, se basa en el principio fundamental de que una onda de radio reflejada por un vehículo en movimiento experimenta una variación en su frecuencia que es función de la velocidad del vehículo (efecto Doppler). Midiendo el cambio de frecuencia es posible determinar la velocidad del vehículo que la refleja.

Cuando se trata del registro de velocidades de punto, y donde solamente puede ser medido un porcentaje de los vehículos en una determinada sección, se deben recolectar datos con base en una muestra que permita caracterizar la población, la cual en este caso consiste en el volumen total de tránsito que pasa por dicha sección durante el periodo de estudio.

La estadística descriptiva y la inferencia estadística deben ser utilizadas en el análisis de los datos de velocidad de punto, debido a la incertidumbre que existe en la caracterización de la población a partir de variables basadas en una muestra, y debido a que no todos los vehículos en la corriente de tránsito viajan a la misma velocidad, sino por el contrario siguen distribución de velocidades dentro de un amplio intervalo de comparación.

Estudios de Velocidad de Recorrido:

Naturalmente para determinar la velocidad de recorrido es necesario tener los tiempos de recorrido, los que a su vez están asociados con las demoras. Los propósitos del estudio de tiempos de recorrido y demoras son: evaluar la calidad del movimiento vehicular a lo largo de una ruta y determinar la ubicación, tipo y magnitud de las demoras del tránsito.

La calidad del flujo se mide por las velocidades de recorrido y de marcha. En el momento del estudio se miden los tiempos de recorrido y los tiempos de detención encada uno de los tramos; los cuales son convertidos posteriormente a medidas de velocidad. Para tal efecto se acostumbra utilizar el método del vehículo de prueba o vehículo flotante.

La información de las demoras se registra cuando el flujo de tránsito es detenido o forzado. Para un recorrido, la duración de las demoras del tránsito se mide en unidades de tiempo, anotando el lugar en que ocurren, causa y frecuencia de las mismas. Las demoras pueden ser determinadas para recorridos a lo largo de una ruta, durante un día y hora de la semana específicos, así como en lugares seleccionados, donde existan serios problemas de tránsito.

Para el caso de rutas, los resultados de los estudios de tiempos de recorrido y demoras, son útiles en la evaluación general del movimiento del tránsito, dentro de un área o a lo largo de rutas específicas. Con estos datos se pueden identificar los lugares conflictivos, donde el proyecto y las mejoras operacionales pueden ser esenciales para incrementar la seguridad y la movilidad.

Una relación general de las aplicaciones de la información del tiempo de recorrido se describe a continuación:

Determinación de la eficiencia de una ruta, en términos del movimiento del tránsito carretero.

Identificación de las zonas congestionadas en el sistema vial principal.

Definición del congestionamiento, de acuerdo con el lugar, tipo dedemora, duración y frecuencia de las fricciones del tránsito.

Evaluación de la efectividad de las mejoras viales, usando estudios de “antes y después”.

Cálculo de costos usuario usuario-vía para a análisis económicos de las mejoras viales y del tránsito.

Establecimiento de las tendencias de la velocidad de recorrido, por muestreos periódicos de las rutas principales.

Cálculo de capacidad y volúmenes de servicio, para flujos de transito continuo.

Los estudios de demoras en intersecciones permiten evaluar el comportamiento del tránsito al entrar y cruzar o cambiar de dirección a través de ellas. El factor principal que se evalúa en este estudio, es la eficacia del control del tránsito.

Las aplicaciones de la información de las demoras son:

Evaluación de la eficiencia de las disposiciones del control de tránsito en intersecciones y de los dispositivos para el control de carriles específicos.

Desarrollo de la programación adecuada en instalaciones de semáforos.

Cálculo del costo de las demoras en el análisis económico de carreteras y de las mejoras al tránsito.

Evaluación de aspectos críticos de la geometría en el proyecto de intersecciones.

Los estudios de velocidad y demoras del transporte público se realizan con el propósito de evaluar la calidad del servicio a lo largo de sus rutas, para así determinar la ubicación, tipo y duración de las demoras en los vehículos del transporte de pasajeros. La eficiencia del servicio de transporte público de pasajeros se mide en términos de velocidad de recorrido, velocidad de marcha, factores de carga y apego al horario.

En el estudio de campo se obtiene el tiempo total de recorrido y de marcha para luego convertirlos a sus velocidades correspondientes. La información de las demoras se registra cuando un vehículo de pasajeros está detenido o bloqueado. La duración de las demoras se mide en segundos, anotando la ubicación y causa de las mismas a lo largo de la ruta. Se miden desde el momento en que se detiene el vehículo hasta que empieza a moverse otra vez.