Referencia

Introducción

En este trabajo se realizan recomendaciones de actualización de algunos de los elementos del proyecto geométrico de carreteras, contenidos en las Normas de Servicios Técnicos para el Proyecto Geométrico de Carreteras (Referencia 1) y en el Manual de Proyecto Geométrico de Carreteras, de la Secretaría de Asentamientos Humanos y Obras Públicas (SAHOP) (Referencia 2).

Las recomendaciones realizadas se generaron a partir de la comparación de los documentos anteriores con normativas vigentes de algunos países más avanzados en la materia (Referencias 3 y 4), así como de la consideración de los estudios y enfoques mundiales más recientes, particularmente los mexicanos sobre aspectos básicos de seguridad para el proyecto geométrico de carreteras (Referencias 5 y 6).

Aunque en algunas secciones del trabajo no se hace ninguna recomendación específica de actualización, implícitamente se aclaran algunas definiciones o conceptos tal y como se consideraron adecuados.

Recomendaciones

Estándar de proyecto

Se entiende por estándar de proyecto, el nivel de calidad geométrico al cual se construye una carretera. Su selección se efectúa durante la etapa de planeación. Entre mayor es el estándar geométrico, mejor es la seguridad vial. El mayor estándar geométrico para una carretera corresponde a las autopistas.

Algunos de los factores específicos más importantes a considerar en la selección del estándar geométrico son: la clasificación funcional de la carretera, el volumen de tránsito al final del horizonte o período económico de la misma (20 años), el tipo de terreno y la velocidad de proyecto. Aunque también deben influir consideraciones de capacidad, eficiencia económica, seguridad e impacto ambiental.

Control de acceso

Se refiere al ingreso del tránsito a una carretera, proveniente de otras, incluyendo intersecciones, vías públicas, privadas y retornos. En una carretera, éste puede ser total, parcial o inexistente.

Es el factor que más influye por sí mismo en la seguridad de una carretera. El índice de accidentes aumenta rápidamente con la densidad de los accesos. En la mayoría de las carreteras, por supuesto, no es posible o significativo eliminar el acceso, aunque los efectos negativos pueden ser moderados al reducir el conflicto en los puntos de acceso. La Referencia 5 recomienda “controlar el acceso, siempre que sea posible, en aquellas vías que transportan la mayor cantidad de tráfico, o que conectan centros de actividad principales, y/o que son arterias regionales principales”.

Clasificación de las carreteras

Las normativas mundiales de vanguardia anteponen una clasificación funcional a cualquier otra, con el fin de definir en primer lugar la función deseada para la vía en el contexto de la red nacional de carreteras. En ese sentido, se propone la siguiente clasificación funcional de las carreteras mexicanas para fines de proyecto geométrico:

• Troncales o primarias. Son parte de corredores de transporte que unen centros de población importantes, generalmente de más de cincuenta mil (50 000) habitantes, cuyas actividades generan o atraen viajes de largo itinerario. A su vez, se subdividen en:

ü      Autopistas (AP). Carreteras de sentidos separados físicamente por una faja central o mediana, control total de acceso, dos (2) o más carriles por sentido de circulación y velocidad de proyecto en el rango de ochenta (80) km/h a ciento diez (110) km/h. Sus TDPA’s son mayores a cinco mil (5 000) vehículos.

ü      Vías rápidas (VR). Carreteras de sentidos separados físicamente por una faja central o mediana, y velocidad de proyecto en el rango de ochenta (80) km/h a ciento diez (110) km/h; y que en relación con uno o varios de los demás elementos (control de acceso, número de carriles por sentido, etc) no cumple con los estándares de las autopistas. Sus TDPA’s van de tres mil (3 000) a cinco mil (5 000) vehículos.

ü      Arterias (AR). Son carreteras de un solo cuerpo, control parcial de acceso, un carril por sentido de circulación y velocidad de proyecto en el rango de setenta (70) km/h a ciento diez (110) km/h. Su TDPA va de mil quinientos (1 500) a tres mil (3 000) vehículos.

• Secundarias o Colectoras (C). Son vías que unen poblaciones medianas o pequeñas con los nodos de la red primaria, que aportan gran proporción de los viajes de mediano y corto itinerario. Tienen un solo cuerpo, control parcial de acceso, un carril por sentido de circulación y velocidad de proyecto en el rango de sesenta (60) km/h a cien (100) km/h. Su TDPA va de quinientos (500) a mil quinientos (1 500) vehículos.

• Alimentadoras. Son aquéllas utilizadas por viajes de muy corto itinerario. Se subdividen en:

ü      Locales (L). Carreteras de un sólo cuerpo, sin control de acceso, un carril por sentido de circulación, y velocidad de proyecto en el rango de cincuenta (50) km/h a ochenta (80) km/h. Sus TDPA’s van de cien (100) a quinientos (500) vehículos.

ü      Brechas (Br). Carreteras de un sólo cuerpo, sin control de acceso, un carril de circulación, y velocidad de proyecto en el rango de treinta (30) km/h a setenta (70) km/h. Sus TDPA’s son menores a cien (100) vehículos.

La clasificación anterior tiene además la ventaja de que sus tres grandes categorías (troncales, secundarias y alimentadoras) pueden homologarse con las tres categorías (primarias, secundarias y alimentadoras) de una propuesta reciente de clasificación de caminos y puentes para el Reglamento de Pesos y Dimensiones (Referencia 7).

Tipo de terreno

Es un factor que puede influir significativamente en las características geométricas de una carretera. La mayoría de las normativas incluyendo la mexicana, consideran tres tipos de terreno: plano, lomerío y montañoso. Las normativas más avanzadas los definen en términos de las pendientes y las posibilidades de los vehículos pesados de circular por ellas.

Velocidad de proyecto

Es la mínima velocidad a lo largo de un tramo para la que quedarán preparados los segmentos diseñados con los estándares más restrictivos permitidos para esa velocidad (radio mínimo de curvatura, pendiente máxima, etc). En otras palabras, la velocidad de proyecto es una elección, la cual deberá ser congruente con el tipo de carretera, y sirve para determinar los diferentes elementos de diseño geométrico de la carretera.

La normativa mexicana más reciente permite rangos de velocidad de proyecto muy amplios para cada tipo de carretera. Las normativas más avanzadas consideran rangos más reducidos para cada categoría, con el fin de evitar variaciones muy fuertes de velocidad de proyecto a lo largo de una carretera, las cuales suelen ser fuente importante de accidentes. Por esa razón, en la clasificación funcional de carreteras propuesta, se consideran los rangos de velocidad indicados en la Tabla 1, de acuerdo con el tipo de carretera de la clasificación funcional. El valor inferior del rango corresponde a la condición más desfavorable de terreno montañoso y el valor superior a la condición más favorable de terreno plano.

Tabla 1

Rangos para la velocidad de proyecto

La velocidad de proyecto dependerá del tipo de terreno en que se aloje la carretera. Se determinará mediante un análisis económico de sensibilidad contenido en el estudio de planeación para la carretera objeto del proyecto geométrico, considerando varias opciones de velocidad dentro del rango correspondiente, haciendo intervenir en dicho análisis los costos de construcción y conservación de la carretera y los costos de operación del transporte en términos de la magnitud y composición del TDPA.

Confiabilidad

Algunos estudios recientes (Referencia 6) sugieren incorporar el concepto de confiabilidad en el proyecto geométrico de los elementos de una carretera, definida como la diferencia de la unidad menos la probabilidad de que un conductor exceda la velocidad ofrecida por los elementos de la carretera.

En este trabajo se adopta la sugerencia anterior, con el fin de compatibilizar la velocidad de proyecto seleccionada para una carretera, con los deseos en ese sentido de los usuarios que circularán por ella, pues se ha observado que la incongruencia entre los dos aspectos anteriores suele ser fuente de accidentes.

Vehículos de proyecto

La Tabla 2 muestra las características representativas para los vehículos circulantes por las carreteras nacionales, a partir de una serie de mediciones de dimensiones realizadas. Con el fin de ilustrar la magnitud de la modificación introducida en cuanto al espacio requerido con los vehículos de proyecto recomendados, cabe señalar que el radio de giro mínimo del más grande de estos últimos (DE-2970) es 15% superior al radio de giro mínimo del mayor en el anteproyecto de actualización de la normativa mexicana de 1992 (DE-2520). La Figura 1 ilustra las características geométricas del nuevo vehículo de proyecto DE-2970.

Tabla 2

Propuesta de vehículos de proyecto

Distancias de visibilidad

De parada

La gran diferencia en el cálculo de la distancia de visibilidad de parada entre la normativa mexicana más reciente y la de países más adelantados reside en que en la primera dicha distancia se calcula para la velocidad de marcha (asumiéndose que en promedio es 0,875 de la velocidad de proyecto), en tanto que en las de vanguardia se estima para la velocidad de proyecto.

Además, se propone actualizar la altura del ojo del conductor a 1.08 m considerando la altura de los vehículos actuales, así como la altura del objeto a 0.60 m, la cual prácticamente corresponde a la altura de las luces traseras o de los faros de los vehículos ligeros (automóviles, camionetas, etc).

Figura 1

Vehículo de proyecto DE-2970, representativo de los vehículos de mayores requerimientos que circulan por las carreteras primarias

(autopistas, vías rápidas y arterias)

De rebase

La gran diferencia en el cálculo de esta distancia de visibilidad entre la normativa mexicana y la de países más desarrollados reside en que en la primera, dicha distancia se calcula como 4,5 veces la velocidad de proyecto, en tanto en las más avanzadas se determina a partir del modelo de maniobra de rebase de la AASHTO (Referencia 3), resultando casi siete veces la velocidad de proyecto.

La Referencia 2 explica que en México no se utiliza el modelo de la AASHTO porque los conductores nacionales efectúan sus maniobras de rebase en forma poco conservadora. En aras de la seguridad operativa, así como de los costos de operación de los flujos vehiculares, se sugiere actualizar las distancias de visibilidad de rebase a los valores obtenidos con el modelo de la AASHTO.

También se valora como pertinente la sugerencia en las normativas más avanzadas sobre proporcionar visibilidad de rebase, preferentemente en el cuarenta por ciento (40%) de la longitud de cada sentido de circulación, y lo más uniformemente repartido posible. Igualmente, se plantea actualizar las alturas del ojo del conductor y del objeto a 1,08 m, considerando la altura de los vehículos modernos.

Carriles de rebase

Las limitaciones de rebasar en carreteras de dos carriles, con la presencia de vehículos lentos, pueden generar congestionamiento y accidentes en el rebase. En estas circunstancias, los carriles de rebase pueden mejorar las operaciones (ayudando a disolver los pelotones y disminuyendo los retrasos). Su ubicación juiciosa en alrededor de 10% de la longitud carretera, puede proporcionar la mayoría de los beneficios de la duplicación del cuerpo existente.

En curvas horizontales

Debe verificarse que se cuente con una distancia libre de obstáculos mínima m del eje del carril interior a obstáculos en el interior de curvas horizontales, para dar la distancia de visibilidad de parada o de rebase, según se desee satisfacer una u otra en la curva. El valor de m depende del grado de curvatura, pero también de la distancia de visibilidad (sea de parada o de rebase), por lo cual al actualizarse las distancias mexicanas de visibilidad, también deben reformarse los correspondientes valores de m tanto para parada como para rebase.

La remoción de vegetación u otros obstáculos en el interior de curvas horizontales, es rentable como medida para mejorar la visibilidad en todos los tipos de carreteras.

En curvas verticales

Para las curvas verticales en cresta, el criterio debe ser que K sea suficientemente grande, como para permitir que el conductor vea el objeto de 0.60 m de altura sin interferencia de la superficie del pavimento, siendo la altura del ojo del conductor de 1,08 m.

En el caso de las curvas verticales en columpio, el criterio debe ser que K permita que el conductor, para la condición de visibilidad nocturna, vea la superficie del pavimento al ser iluminada por los faros delanteros del vehículo, asumiéndose una altura para los faros de 0,60 m, una altura del objeto de 0 m y un ángulo de divergencia del cono luminoso de los faros de 1°.

De encuentro

Esta distancia de visibilidad, que es igual a dos veces la distancia de visibilidad de parada, se utiliza en el proyecto de carreteras Tipo E de un sólo carril (brechas, de la clasificación funcional), con el fin de que dos conductores que se encuentran al circular en sentidos opuestos detengan sus vehículos con seguridad y puedan realizar la maniobra necesaria para que ambos continúen su viaje.

Por lo anterior, todas las recomendaciones de actualización para las distancias de visibilidad de parada son aplicables a esta distancia de visibilidad, resultando en un incremento máximo del 14% en ella, para una velocidad de proyecto máxima en brechas de 70 km/h.

De decisión

Esta distancia de visibilidad es la distancia mínima necesaria para que un conductor, circulando a la velocidad de proyecto, pueda maniobrar con anticipación ante la presencia de una situación cuya complejidad demanda tiempos de percepción-reacción t más grandes que los requeridos usualmente. Se calcula y se mide utilizando los mismos criterios que la distancia de visibilidad de parada (altura del ojo del conductor de 1,08 m y altura del objeto de 0,60 m).

La distancia de visibilidad de decisión considera cinco diferentes grados de complejidad de maniobra:

• Parada en zona rural, t=3,0 s

• Parada en zona urbana, t=9,1 s

• Cambio de velocidad, trayecto o dirección en zona rural; t varía entre 10,2 y 11,2 s

• Cambio de velocidad, trayecto o dirección en zona suburbana; t varía entre 12,1 y 12,9 s

• Cambio de velocidad, trayecto o dirección en zona urbana; t varía entre 14,0 y 14,5 s

Se sugiere incluir esta distancia de visibilidad, ya que actualmente no se considera en la normativa mexicana.

En intersecciones a nivel

Una intersección debe disponer de suficiente distancia de visibilidad para que el conductor perciba los conflictos potenciales y lleve a cabo las acciones necesarias para maniobrar en la intersección con seguridad. Los criterios de distancia de visibilidad son aplicables a los vehículos que se aproximan a la intersección y a los que arrancan desde una posición de parada en la intersección.

A lo largo de los accesos de una intersección deben existir áreas libres de obstrucciones que permitan al conductor ver a los vehículos potencialmente conflictivos que se aproximan. Estas áreas específicas se conocen como triángulos de visibilidad.

En el caso de las intersecciones sin control del tránsito, los catetos de los triángulos de visibilidad de llegada deben ser iguales a la distancia recorrida durante el tiempo de percepción-reacción del conductor, más un tiempo adicional para proceder a frenar o acelerar, según se requiera, a la velocidad de proyecto del acceso correspondiente. En la normativa mexicana vigente se utiliza un tiempo de percepción-reacción de 2 s y un tiempo adicional para frenar o acelerar de 1 s, dando un tiempo total de cálculo de 3 s; en tanto que en las normativas más avanzadas los catetos se determinan para un mayor tiempo total equivalente, del orden de 4 s, por razones de seguridad. Aduciendo a las mismas razones, se propone actualizar las longitudes de los catetos, adoptando el criterio de los 4 s, con lo cual dichas longitudes se verán incrementadas en 33% con respecto a sus valores en la normativa vigente.

Alineamiento horizontal

Las únicas actualizaciones pertinentes son las que se derivan de los menores rangos de velocidad de proyecto, y los nuevos vehículos de proyecto recomendados para cada tipo de carretera de la clasificación funcional. Los elementos anteriores definen las ampliaciones, las sobreelevaciones, y la longitud y tipo de las transiciones (mixta o espiral) de las curvas horizontales, siendo las ampliaciones las que experimentan las mayores modificaciones, derivadas básicamente de las mayores distancias entre huellas externas de los vehículos de proyecto recomendados en la Sección 2.6, para cada tipo de carretera. Las especificaciones para las espirales de transición entre la normativa mexicana vigente y las más avanzadas son equiparables, por lo cual se considera que no se requieren actualizaciones en este sentido.

Alineamiento vertical

Pendientes

Los valores de pendiente gobernadora y pendiente máxima, establecidos para diferentes combinaciones de tipo de carretera, tipo de terreno y rango de velocidades de proyecto, son muy similares entre la normativa mexicana vigente y las más adelantadas. La especificación mexicana de pendiente mínima también es similar a la de las normativas de vanguardia.

Rampas de escape para camiones

Son instalaciones de seguridad específicamente para vehículos pesados, con el fin de reducir el riesgo de camiones fuera de control en pendientes descendentes. Tienen por objeto segregar de la corriente de tránsito a los vehículos fuera de control por sobrecalentamiento, falla de los frenos o fallas mecánicas, deteniéndolos con seguridad en lugares apropiados fuera de la carretera.

Funcionan por gravedad o mediante algún material que incrementa la fricción de rodado de las llantas del camión. Las hay seis tipos: I) montículo de arena; II) rampa de gravedad; III) cama de fricción con pendiente ascendente; IV) cama de fricción horizontal; V) cama de fricción con pendiente descendente; y VI) cama de fricción en las zonas laterales.

Combinación de los alineamientos horizontal y vertical

La Referencia 5 indica que el riesgo crece cuando las expectativas de los conductores son violentadas por elementos aislados o inesperados de bajo estándar (p ej, intersecciones aisladas con un alto flujo vehicular; curvas cerradas precedidas por largas tangentes; curvas contiguas en el mismo sentido, donde la primera es de radio elevado y la segunda mucho más cerrada).

La presencia simultánea o cercana entre si de dos o más de esos elementos (pendientes, curvas, intersecciones o estructuras) magnifica el riesgo (p ej, curvas de radio menores de 500 m junto con pendientes mayores de 4%, curva horizontal después de una curva vertical en cresta).

Sección transversal

Los aspectos comparativos más relevantes entre la normativa mexicana vigente y las más avanzadas en relación con la corona y sus elementos (calzada, anchos de carril, acotamientos y mediana), son:

• Cuando se requieren dos o más carriles por sentido, se recomiendan calzadas separadas para cada sentido (Referencia 4). No se aconseja tener los carriles de los dos sentidos en una sola calzada.

• El ancho de carril más conveniente para los caminos más importantes es de 3,6 m. Anchos de menos de 3 m contribuyen a accidentes de múltiples vehículos.

• No es recomendable proporcionar espacio para tres carriles y sólo pintar dos. Es más aconsejable en términos de seguridad, calidad de servicio y costo, instalar terceros carriles de rebase para una u otra dirección (p ej, en 10% de la longitud de la carretera)

• Un ancho de acotamiento de 2,5 m a cada lado, para las carreteras más importantes de dos carriles (vías rápidas y arterias de la clasificación funcional), especificando un ancho mínimo de 1 m a cada lado para todos los caminos de menor importancia. En el caso de las autopistas, un acotamiento exterior mínimo de 3,00 m y otro interior mínimo de 1,50 m.

Es necesario contar con un buen drenaje superficial, ya que una película o capa de agua de 6 mm puede generar hidroplaneo al reducir el coeficiente de fricción a cerca de cero, haciendo virtualmente imposible las operaciones de frenado así como dar vuelta. Por lo anterior, se sugiere:

• Una pendiente transversal mínima de 2% en carreteras de altas especificaciones, y de 3% o más en carreteras menos importantes.

• Incrementar la pendiente transversal mínima hasta 2,5% en carreteras de altas especificaciones para condiciones pluviométricas severas o donde la distancia de drenaje superficial es más larga que el ancho de un carril.

• Proporcionar en carreteras de calzadas separadas, la misma inclinación transversal mínima hacia un sólo lado.

Son también pertinentes las alternativas de drenaje transversal en carreteras de calzadas separadas en la normativa estadounidense, así como los valores de pendiente transversal recomendados por esta regulación dependiendo del tipo de superficie (incluyendo el de los acotamientos).

Los puentes, estructuras y alcantarillas pueden ser significativos en términos de su efecto en accidentes por salidas del camino. En puentes nuevos se recomienda que sea 1,8 m más amplio que el ancho de circulación (o dos acotamientos de 0,9 m). En carreteras muy transitadas, el ancho del puente debe incluir los anchos totales de acotamiento.

Los pasos superiores requieren pilas diseñadas para impacto. No debe haber pilas en los bordes de la carretera. Es conveniente que las pilas y los soportes extremos del puente estén lejos de los carriles de circulación.

Los puentes tienen que contar con barandillas longitudinales diseñadas para no experimentar deflexión significativa ante impactos; además de una transición de rigidez de la barrera adyacente hacia el poste inicial (final) del puente.

Conclusiones

La revisión y comparación de normativa y literatura internacional de proyecto geométrico de carreteras permitió encontrar aquellos elementos de la nacional que han quedado rezagados en relación con las investigaciones de vanguardia y que necesitan ser revisados y, en su caso, modificados con base en las actuales necesidades del país.

Si bien las normas de Estados Unidos, Canadá y España incluyen los hallazgos más recientes relacionados con el tema, el objetivo principal no fue adoptarlas ciegamente sino identificar lo más pertinente para mejorar la seguridad y eficiencia operativa de nuestras carreteras. Como resultado de la síntesis comparativa, se detallaron los elementos que necesitan ser revisados minuciosamente.

En este trabajo se han presentado algunos elementos del proyecto geométrico de carreteras que se recomienda actualizar en la normativa mexicana a la luz de las condiciones actuales en nuestras carreteras, así como de los avances a nivel.

Referencias bibliográficas

1. Libro 2, Normas de Servicios Técnicos, Parte 2.01, Proyecto Geométrico, Título 2.01.01, Carreteras. Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), México, D F (1984).

2. Manual de Proyecto Geométrico de Carreteras. Secretaría de Asentamientos Humanos y Obras Públicas (SAHOP), México, D F (1977).

3. A Policy on Geometric Design of Highways and Streets. American Association of State Highways and Transportation Officials (AASHTO), Washington, D C (2001).

4. Trazado: Instrucción de Carreteras; Normas 3.1-IC. Dirección General de Carreteras, Ministerio de Fomento, Centro de Publicaciones 2000, Series Normativas e Instrucciones de Construcción, Madrid, España (2000).

5. Mendoza D, Alberto, Francisco L Quintero Pereda y Emilio F. Mayoral Grajeda. Consideraciones de Seguridad para el Proyecto Geométrico de Carreteras. Publicación Técnica No 218, Instituto Mexicano del Transporte, Sanfandila, Qro ( 2002).

6. Magallanes N, Roberto. La Implicación del concepto de seguridad en el Proyecto Geométrico de Carreteras. Primer Congreso Nacional de Ingeniería Vial, Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres, A C, México, D F (2003).

7. Propuesta reciente de clasificación de carreteras para el Reglamento de Pesos, Dimensiones y Capacidad de los Vehículos de Autotransporte que Transitan en Caminos y Puentes de Jurisdicción Federal. Dirección General de Servicios Técnicos, Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), México, D F (2003).

Alberto MENDOZA
Emilio Abarca